ES2348860T3

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Info

Publication number: ES2348860T3
Application number: ES00109645T
Authority: ES
Inventors: Harald Gundlach; Jochen Muller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2020-05-05
Also published as: WO2001086588A1; DE50015958D1; US7269021B2; TW514834B; EP1152368B1; ATE474285T1; US20030073327A1; CN1427982B; CN1427982A; EP1152368A1; JP2003533787A

Abstract

- Tarjeta chip con un cuerpo soporte (1), en la que puede introducirse al menos un componente de sistema (5) que presenta en cada caso varios componentes eléctricos (3) y que reúne en sí mismo las funciones eléctricas para el funcionamiento de la tarjeta chip, en donde los componentes eléctricos (3) del componente de sistema (5) pueden aplicarse a una placa base (6) que presenta pistas conductoras (4), caracterizado porque el componente de sistema (5) está enrasado aproximadamente con el lado superior (7) del cuerpo soporte (1) y al menos uno de los componentes eléctricos (3) es accesible desde el lado superior (7).

Description

La invención trata la introducción de varios componentes unidos eléctricamente a un sistema en un soporte plano, por ejemplo una tarjeta chip.

Del estado de la técnica se conocen tarjetas chip, en las que el cuerpo de tarjeta presenta para diferentes componentes, por ejemplo el módulo chip, un dispositivo indicador o un dispositivo de introducción de datos, en cada caso un rebajo en el que se inserta el componente. Los rebajos están dotados de conexiones eléctricas, que inciden en conexiones eléctricas del respectivo componente usado en el rebajo. Las conexiones eléctricas de diferentes rebajos – y de este modo los componentes – pueden estar unidos entre sí unos a otros a través de pistas conductoras, que discurren en el interior del cuerpo de tarjeta.

El cuerpo de tarjeta está fabricado con frecuencia con varias capas aplicadas unas sobre otras. A la capa más baja están aplicadas aquí las pistas conductoras, por ejemplo mediante recubrimiento por pegado y estructurado. Los componentes eléctricos se aplican a continuación a la capa más baja (por ejemplo mediante pegado

o estañado) y se unen eléctricamente a las pistas conductoras. A continuación se aplica a la capa más baja al menos una capa intermedia adicional con rebajos en los puntos de los componentes eléctricos y, por ejemplo, se une fijamente a la misma mediante pegado o laminado. Como capa más alta se aplica una capa de cubierta con toda la superficie, es decir una capa sin rebajos, a la(s) capa(s) intermedia(s). Una disposición de este tipo se describe por ejemplo en el documento EP 0 706 152 B1.

Supone un inconveniente el complicado procedimiento de fabricación de las tarjetas chip de este tipo con unos costes y unas tolerancias correspondientemente elevados. Asimismo no puede realizarse una prueba de funcionamiento de la tarjeta chip hasta después de la introducción de todos los componentes eléctricos en el cuerpo de tarjeta. Si sólo es defectuoso un único componente eléctrico, es necesario eliminar como desecho la tarjeta chip terminada en sí misma, con lo que aumentan los costes de fabricación específicos.

Del documento EP 0 481 776 A2 se conoce una tarjeta chip sin contactos, en la que las pistas conductoras y todos los componentes eléctricos (chip, resistencias, condensadores, acumuladores de energía y antenas) están aplicados sobre un soporte TAB. Después de una prueba de funcionamiento eléctrico positiva se envuelve el soporte TAB con los componentes eléctricos con una masa de relleno. El módulo circundado con una envuelta se inserta en un rebajo de un cuerpo soporte y se une el mismo mecánicamente. Por último está prevista además una cubierta sobre el módulo. La tarjeta chip descrita en el documento EP 0 481 776 A2 y el procedimiento de fabricación, sin embargo, no son adecuados para una tarjeta chip afectada por contactos o híbrida, ya que los componentes se encuentran en el interior de la tarjeta chip.

El documento JP61177586 propone una tarjeta chip con un cuerpo de tarjeta, en el que puede introducirse al menos un componente de sistema que presenta en cada caso varios componentes eléctricos, que reúne las funciones eléctricas para el funcionamiento de la tarjeta chip, en donde los componentes eléctricos del componente de sistema están aplicados sobre una placa base que presente pistas conductoras.

La tarea de la invención consiste en indicar una tarjeta chip prevista para el funcionamiento afectado por contactos o híbrido, con una estructura más sencilla y un procedimiento de fabricación simplificado, que haga posible una fabricación económica.

Esta tarea es resuelta con las particularidades de la reivindicación 1.

La invención prevé por lo tanto insertar en la tarjeta chip un componente de sistema, que no presente ningún tipo de unión eléctrica con el cuerpo soporte de la tarjeta chip. Esto se hace posible por medio de que los diferentes componentes eléctricos están integrados en el componente de sistema y se unen entre sí eléctricamente para formar un sistema. El componente de sistema está configurado con ello naturalmente mayor con relación a un componente aislado. En otras palabras, esto significa que en lugar de insertar componentes aislados en la tarjeta chip y unir estos eléctricamente entre sí a través de pistas conductoras en el cuerpo de tarjeta, insertar en la tarjeta chip un componente de sistema ensamblado previamente

– y cuya capacidad de funcionamiento pueda comprobarse eléctricamente.

Como componentes eléctricos se contemplan aquí un módulo chip con contactos externos, una bobina de antena, un dispositivo indicador, un dispositivo de introducción de datos, un acumulador o convertidor de energía, sensores (por ejemplo sensor de huellas dactilares), etc.

El sistema eléctrico completo, compuesto por todos los componentes necesarios para la funcionalidad deseada, puede comprobarse de este modo ventajosamente antes de la introducción del componente de sistema en el cuerpo soporte de la tarjeta chip en cuanto a su capacidad de funcionamiento eléctrico o pueden ajustarse también sus características eléctricas. En el caso de un defecto de un componente aislado sólo es necesario eliminar como desecho el componente de sistema. Debido a que las unión mecánica al cuerpo soporte no tiene lugar hasta después de superar la prueba de la capacidad de funcionamiento, no es necesario eliminar como desecho ningún cuerpo soporte. Por medio de esto pueden reducirse costes de fabricación específicos de una tarjeta chip.

La prueba de todo el sistema eléctrico antes de su montaje en el cuerpo soporte es sobre todo interesante si la unión mecánica del componente de sistema y del cuerpo soporte se realiza por parte de diferentes empresas.

La unión mecánica entre cuerpo soporte y componente de sistema puede realizarse por ejemplo mediante pegado o laminado.

El componente de sistema está preparado de forma preferida de tal modo, que aquellos componentes aislados que tienen que ser manejables o visibles, tienen la misma altura que la superficie del componente del sistema – dentro de unas tolerancias en altura adimisibles. La superficie del componente de sistema se enrasa – también dentro de tolerancias en altura admisibles – a la misma altura que la superficie del cuerpo de tarjeta. De forma correspondiente puede ser necesario dotar al menos algunos de los componentes eléctricos, antes de su montaje en el componente de sistema, de una carcasa o de una base.

Por medio de que el componente de sistema (en el marco de las tolerancias admisibles) está enrasado aproximadamente con el lado superior del cuerpo soporte, no es necesario ya prever una placa de cubierta. Por medio de esto puede ahorrarse un paso de fabricación. La capa de cubierta también puede eliminarse por ello, para que los componentes eléctricos, como por ejemplo el módulo chip, un dispositivo de introducción de datos o un convertidor de energía en forma de una celda solar sean accesibles desde el lado superior por parte de la casa.

Se deducen otras configuraciones ventajosas de las reivindicaciones subordinadas.

Para hacer posible una estructura lo más sencilla posible de la tarjeta chip, el cuerpo soporte presenta al menos un rebajo en el que puede introducirse el componente de sistema. El tamaño del rebajo está adaptado con ello a las dimensiones del componente del sistema.

Idealmente en la tarjeta chip sólo se inserta un único componente de sistema, cuyos componentes eléctricos después pueden estar unidos entre sí. Si no es necesaria una unión eléctrica de componentes eléctricos aislados, estos pueden estar también dispuestos sobre varios componentes de sistema e insertarse en rebajos respectivos del cuerpo soporte. Con ello para cada componente de sistema puede estar previsto exactamente un rebajo, aunque también pueden insertarse varios componentes de sistema directamente situados unos junto a otros en un rebajo configurado de forma correspondiente.

El cuerpo soporte dotado de al menos un rebajo puede estar configurado de forma enteriza. El rebajo puede estar por ejemplo fresado.

Alternativamente el cuerpo soporte puede componerse de una capa base, a la cual se aplica al menos un componente de sistema y de al menos una capa adicional, que presente una escotadura en los puntos de los componentes eléctricos del componente de sistema. La unión entre la capa base y la capa adicional puede realizarse en las formas conocidas, por ejemplo pegado, laminado, etc.

Si los componentes eléctricos están colocados en una variante de configuración directamente unos junto a otros, es decir, sin un espacio intermedio, la capa adicional está configurada como un marco periférico.

Si los componentes eléctricos del componente de sistema están colocados distanciados entre sí en otra variante de realización, se obtiene entre estos un espacio intermedio, que está cerrado por un rellenador de huecos. El rellenador de huecos se compone de forma ventajosa del mismo material que la capa base y la capa adicional. El rellenador de huecos puede con ello formar parte de la capa adicional, de tal modo que la capa adicional presente rebajos en los puntos de los componentes eléctricos.

Los componentes eléctricos de un componente de sistema están aplicados de forma ventajosa sobre una placa base que presenta pistas conductoras. Las pistas conductoras puede servir para la unión eléctrica de los componentes eléctricos aplicados a la placa base o bien formar parte de una bobina de antena para el intercambio de datos inalámbrico.

Frente a una tarjeta chip convencional puede aumentarse la precisión a la hora de aplicar o posicionar las pistas conductoras sobre la placa base, ya que pueden utilizarse las herramientas para la fabricación de placas de circuito impreso usuales. Como placas base del componente de sistema se contemplan por ello ventajosamente placas de circuito impreso, en especial placas de circuito impreso flexibles (llamadas placas de circuito impreso flex), por ejemplo de FR4.

Los requisitos sobre un proceso de laminado extremadamente preciso de las pistas conductoras que normalmente están ejecutadas sobre un inlay, necesarios para la fabricación de las tarjetas chip conocidas del estado de la técnica, ya no son necesarios en el cuerpo soporte de la tarjeta chip. Por ello pueden utilizarse más contactos o superficies de contacto menores sobre el cuerpo base del componente de sistema.

Para equipar el componente de sistema pueden utilizarse autómatas de equipamiento de placas de circuito impreso usuales. Estos son capaces de trabajar a precios económicos de forma muy óptima.

La propia placa base puede presentar, en otra configuración, uno o varios rebajos, para alojar por ejemplo chips semiconductores. Esta variante hace posible el cumplimiento del requisito de una cara superior plana de la tarjeta chip, si el componente eléctrico por lo demás presentase una altura excesiva.

Con base en las siguientes figuras se explica con más detalle la invención y su ventaja. Aquí muestran: las figuras 1 a 4 diferentes formas de configuración de cuerpos soporte de una tarjeta chip y los componentes de sistema respectivos en una representación esquemática, la figura 5 una vista en planta sobre una placa base a modo de ejemplo para su inserción en la tarjeta chip conforme a la invención, y la figura 6 una disposición conocida del estado de la técnica de cuerpos de tarjeta y componentes aislados de una tarjeta chip.

Las figuras 1 a 4 muestran diferentes formas de configuración de la invención, en donde las secciones transversales mostradas en las figuras no son ninguna representación fiel a la escala.

Un cuerpo de tarjeta 1 enterizo o compuesto por varias capas presenta, conforme a las figuras 1, 2 y 3, un rebajo 2. El rebajo 2, que no tiene por qué poseer ningún contacto eléctrico, sirve para alojar un componente de sistema 5. El componente de sistema 5 presenta sobre una placa base 6 diferentes componentes 3, por ejemplo un módulo chip con superficies de contacto para el contactado externo y/ un dispositivo indicador y/ un dispositivo de introducción de datos y/o una bobina de antena para la transmisión de datos sin contacto y/o otros componentes, en donde estos no se han representado con más detalle en las figuras. Los componentes disponibles sobre el componente de sistema 5 pueden, aunque no tienen por qué, estar unidos entre sí eléctricamente a través de pistas conductoras 4 aplicadas a la placa base 6. La placa base 6 es de forma preferida un soporte de tipo placa de circuito impreso, por ejemplo una placa de circuito impreso flexible de FR4.

Si entre diferentes componentes eléctricos 3 existe una distancia, como se ha representado en las figuras 1 a 3, ésta se cierra con un rellenador de huecos 10. Éste se compone de forma preferida del mismo material que el cuerpo soporte. El rellenador de huecos 10 puede aplicarse al mismo tiempo que los componentes eléctricos 3 sobre la placa base 6 (figura 1), pero también puede aplicarse a la placa base después de la aplicación de los componentes eléctricos 3 (figura 3). En cualquier caso el rellenador de huecos 10 está enrasado con su lado superior 8 (en el marco de las tolerancias admisibles) aproximadamente con los lados superiores 9 de los componentes eléctricos 3.

En las figuras 1 y 3 los componentes eléctricos 3 está colocados en cada caso en una región de borde de la placa base 6. Este ejemplo de ejecución, sin embargo, sólo representa una de entre muchas posibilidades. Los componentes eléctricos podrían estar también vueltos con más intensidad hacia una región interior de la placa base 6, de tal modo que sobre la placa base se obtenga un borde libre, completa-o parcialmente periférico. En este caso el rellenador de huecos también podría estar configurado como una capa adaptada al tamaño de la placa base 6, que en los puntos de los componentes eléctricos 3 contiene después rebajos.

La figura 2 muestra un ejemplo de ejecución alternativo, en el que los componentes eléctricos chocan directamente unos con otros, de tal modo que no existe ningún espacio intermedio. La placa base 6 está adaptada con ello al tamaño total o a las dimensiones completas de los componentes eléctricos 3. Los componentes eléctricos 3 dispuestos unos junto a otros sobre la placa base 6 están nivelados también mutuamente el altura. Por ello puede ser necesario que algunos o todos los componentes eléctricos 3 estén albergados en una carcasa, por ejemplo de una masa de relleno, para compensar diferencias en altura.

En todas las variantes mostradas es imaginable que la placa base presente en los puntos de los componentes eléctricos 3 rebajos (no visibles en las figuras 1 a 4), en los que puede alojarse por ejemplo un chip semiconductor con carcasa o sin ella.

La altura máxima de la placa base con los componentes eléctricos 3 situados encima no debe superar una altura de unos 700 µm, para que no se supere la altura normalizada de 800 µm en las tarjetas chip.

Después de superarse la prueba de funcionamiento eléctrico, el componente de sistema 5 se introduce en el rebajo 2 del cuerpo de tarjeta y se une mecánicamente al mismo de forma fija. La unión puede realizarse mediante laminado, pegado u otra técnica de unión apropiada.

Es imaginable reunir componentes eléctricos en unidades funcionales y fabricarlos como componentes de sistema. De este modo aquellos componentes que requieren una unión eléctrica están materializados en un componente de sistema, en donde un cuerpo de tarjeta puede equiparse con diferentes componentes de sistema. Estos diferentes componentes de sistema pueden introducirse en un único rebajo 2 del cuerpo de tarjeta o, en cada caso, estar posicionados en su propio rebajo. Sin embargo, como antes es posible comprobar la capacidad de funcionamiento eléctrico de los componentes reunidos en una unidad funcional, antes del montaje con el cuerpo de tarjeta.

El cuerpo soporte de la tarjeta chip no tiene por qué presentar de forma imprescindible, como se muestra en las figuras 1 a 3, un rebajo. Conforme al ejemplo de ejecución según la figura 4 el cuerpo soporte puede presentar una capa base 11 configurada de forma plana. El componente de sistema 5 podría adaptarse después en sus dimensiones a la superficie del cuerpo de tarjeta y estar unido a los bordes de forma enrasada con los mismos. Si el componente de sistema, como se muestra en la figura 4, tener unas dimensiones laterales menores que la capa base 11, el borde que queda libre se rellena con una o varias capas adicionales 12, que presenta o presentan una escotadura para el componente de sistema. Por medio de esto se fija además el componente de sistema aplicado a la capa base 11. Esta estructura multicapa se conoce – aparte del componente de sistema adaptado en altura para enrasarse con la superficie – del estado de la técnica. Sin embargo, la invención ofrece la ventaja de que puede llevarse a cabo una comprobación funcional eléctrica antes de unir el componente de sistema 5 a la capa base 11.

La capa adicional 12 podría estar también configurada como capa periférica, mientras que el espacio intermedio entre los componentes eléctricos 12 se cierra mediante un rellenador de huecos 12 aparte.

Como se deduce de las representaciones de las figuras 1 a 4 situadas a la derecha, los componentes de sistema y el lado superior 7 del cuerpo soporte 1 se enrasan mutuamente después tras el paso de la unión mecánica (en el marco de las tolerancias admisibles). De este modo puede prescindirse de una capa de cubierta sobre la capa adicional 12.

La figura 5 muestra en una vista en planta una configuración a modo de ejemplo una placa base 6, que está prevista para alojar un módulo chip conocido y un dispositivo indicador. La placa base 6 presenta dos regiones 6a, 6b, en donde la región 6a está prevista ara alojar el módulo chip y está adaptada a sus dimensiones. La región 6b sirve para el alojamiento y el contactado eléctrico del dispositivo indicador. Esta región puede, pero no tiene por qué, estar adaptada a las dimensiones del dispositivo indicador. La placa base 6 está configurada de tal modo en el ejemplo presente, que los dos componentes eléctricos llegan a situarse directamente uno junto al otro.

La región 6a presenta un rebajo 16, que sirve para el alojamiento del chip semiconductor del módulo chip. En el presente ejemplo de ejecución se supone que

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también el dispositivo dispone de un chip semiconductor, que también se aloja en un rebajo 17 en la región 6b. Cada región 6a, 6b está dotada de manchas de contacto 13 ó 14, que están unidas entre sí eléctricamente a través de pistas conductoras. Las manchas de

5 contacto 13, 14 se encuentran en puntos en los que coinciden con contactos eléctricos configurados de forma correspondiente del módulo chip o del dispositivo indicador. Por medio de esto el módulo chip y el dispositivo indicador o los chips semiconductores respectivos están unidos entre sí eléctricamente. La unión eléctrica entre las manchas de contacto 13, 14 puede producirse de forma conocida, por

10 ejemplo a través de esferas de soldadura, pegamentos conductores, etc. Normalmente el cuerpo de tarjeta 1 se compone de varias capas dispuestas unas sobre otras, en donde las pistas conductoras 4 están aplicadas a la capa plana más baja. Sólo después de la aplicación de las pistas conductoras 4 se aplica una o varias capas adicionales, dotadas de los rebajos 2, sobre la capa plana. A

15 continuación se introducen los componentes eléctricos 3 en los rebajos y se unen eléctricamente a las pistas conductoras 4. También es habitual aplicar primero los componentes eléctricos 3 a la capa más baja y establecer la unión eléctrica y, a continuación, aplicar la capa adicional con los rebajos en los puntos de los componentes eléctricos a la capa más baja.

20 Sólo ahora es posible una prueba de funcionamiento eléctrico. En el caso de un componente defectuoso es necesario eliminar toda la tarjeta chip. Además de esto se necesita normalmente una capa de cubierta no mostrada en la figura 6, para obtener una superficie plana de la tarjeta chip.

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Claims

REIVINDICACIONES

1.-Tarjeta chip con un cuerpo soporte (1), en la que puede introducirse al menos un componente de sistema (5) que presenta en cada caso varios componentes eléctricos (3) y que reúne en sí mismo las funciones eléctricas para el funcionamiento de la tarjeta chip, en donde los componentes eléctricos (3) del componente de sistema

(5) pueden aplicarse a una placa base (6) que presenta pistas conductoras (4), caracterizado porque el componente de sistema (5) está enrasado aproximadamente con el lado superior (7) del cuerpo soporte (1) y al menos uno de los componentes eléctricos (3) es accesible desde el lado superior (7).
2.-Tarjeta de chip según la reivindicación 1, caracterizada porque los componentes eléctricos (3) accesibles desde el lado superior (7) tienen la misma altura que la superficie del componente de sistema.
3.-Tarjeta de chip según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el cuerpo soporte (1) presenta al menos un rebajo (2), en el que puede introducirse el componente de sistema (5).
4.-Tarjeta de chip según la reivindicación 3, caracterizada porque en cada rebajo (2) puede introducirse al menos un componente de sistema (5) en cada caso con varios componentes eléctricos (3), en donde los componentes de sistema (5) no están en ningún contacto galvánico.
5.-Tarjeta de chip según la reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo soporte (1) se compone de una capa base (11), a la que está aplicado al menos un componente de sistema (5) y de al menos una capa adicional (12), que presenta una escotadura en los puntos de los componentes eléctricos (3) del componente de sistema (5).
6.-Tarjeta chip según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los componentes eléctricos (3) están unidos entre sí eléctricamente, en caso necesario, a través de las pistas conductoras (4).
7.-Tarjeta chip según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque los componentes eléctricos (3) están colocados directamente unos junto a otros, de tal modo que no existe ningún espacio intermedio.
8.-Tarjeta chip según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque los componentes eléctricos (3) están distanciados entre sí y el espacio intermedio está rellenado con un rellenador de huecos (10), que con su lado superior está enrasado aproximadamente con el lado superior (9) de los componentes eléctricos (3).
9.-Tarjeta chip según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizada porque la placa base (6) presenta rebajos (16, 17) para alojar los componentes eléctricos (3).
10.-Tarjeta chip según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque al menos algunos de los componentes eléctricos (3) de un componente de sistema (5) están circundados por una carcasa o están fijados a una base, cuyas dimensiones se eligen de tal modo que los componentes eléctricos (3) están nivelados en su altura.