JP2007300121A - チップモジュール、チップカード、および、それらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チップモジュールおよびチップカードがそれぞれ、機械的、熱的な応力に対してより頑強であるチップモジュールまたはチップカードのそれぞれ、および、それらの製造方法を提供する。
【解決手段】チップモジュールは、チップ上面２と上記チップ上面２の反対側の接触上面３とを有する基材１と、上記基材１のチップ上面２に取り付けられたチップ８と、上記基材１の上記接触上面３に形成された接触バンク４と、上記基材１に形成された少なくとも１つの通路６とを備えている。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

〔背景〕
本発明は、基板に適用された接触領域を備えたチップモジュールと接触領域を有するチップカードとに関し、両方の装置は、チップ接続領域を有するチップを備え、上記チップ接続領域は上記接触領域に電気的に導電的に接続されている。

チップカードには、例えばアクセスコントロールや支払い取引のデータストレージなど、幅広い応用分野がある。

チップカードの上面にアクセス可能なリーダーによって接触領域が接触されると、データは接触に基づいてチップカードとリーダーとの間で転送される。別の方法として、データは電磁場を介して非接触で転送されてもよい。この目的のため、接触カードは通常、コイルを備えている。また、いわゆるデュアルインターフェースカードというカードもあり、接触に基づいたインターフェースと非接触のインターフェースとの両方を有する。

チップカードを実現するために、チップカードモジュールがチップカード本体のキャビティの中に組み込まれ、例えば接着によって後に接続される。

チップカードモジュールは、通常、基板の第１の面に配置される複数の接点を備えており、これらの接点の接触領域はチップカードモジュールの組み立ての後でもアクセス可能であり、そして、上記第１の面の反対側の上記基板の第２の面にチップが実装される。上記基板において、ボンディングホールとも呼ばれる凹部が設けられ、チップ接続接点がボンディングワイヤを介して上記凹部において上記接点の裏と接触できる。

デュアルインターフェースカード用のチップモジュールの場合、通常上記カードの内部に配置されるコイルに接触させて、そして、上記導体構造とボンディングワイヤを介して、このコイルを上記チップ接続接点に接続するために、導体構造は、上記接触の反対側の上記基板の側面に適用されてもよい。

上記チップと、特に精密な上記ボンディングワイヤとを保護するために、上記チップと上記ボンディングワイヤとは、しばしば、被覆される。このデザインの結果、特にボンディングホールにおいて、被覆材料と接点バンクの裏との間で層間剥離が発生する。上記層間剥離は、さらなる処理、または、その後の日常的な使用の間、チップカードモジュールに作用する機械的、および／または、熱的な応力によって引き起こされる。

本発明の目的は、上記モジュール、および、カードがそれぞれ、機械的、そして、熱的な応力に対してより頑強であるチップモジュール、または、チップカードのそれぞれ、および、それらの製造方法を提供することである。

上記目的は、特許請求の範囲における独立請求項の手段によって、達成される。

さらなる有利な実施形態は、特許請求の範囲における従属請求項から得られる。

以下の記載において、本発明は、図面を参照しながら、実施形態を用いて説明される。

〔発明の説明〕
図１は、チップ上面２と接触上面３とを有する基板１を備えているチップモジュールを示している。上記基板１は、好ましくは、繊維強化エポキシ樹脂から構成される。上記基板１は、構造化手法でチップ上面２と接触上面３との両方においてメタライゼーションされている。上記基板１の上記接触上面３の構造化されたメタライゼーションは接触領域４を形成する。これらの接触領域４は、例えば、少なくとも寸法に関して、チップカード用のＩＳＯ標準規格に合うような方法で配置される。

接触領域４は、例えば、上記基板の片面上の接着剤で覆われた銅箔として、上記基板上に積層される。上記接着剤は、上記銅箔上、および／または、上記基板上のどちらか一方に、フィルムとして適用される。上記銅箔の標準的な厚さは、３０μｍ〜４０μｍの範囲、好ましくは、約３５μｍである。これに従って、上記銅箔は、フォトリソグラフィーの手順によって構造化され、そして、ニッケル、および／または金を含んでいる層がその上に電着される。

上記基板１の上記チップ上面２に上記導電構造を形成するメタライゼーションは、接着剤を使わずに上記基板１に適用されてもよい。

基板１のチップ上面２の導電構造５と接触領域４とは、基板１において、通路６を介して、ワイヤボンド接続１１’を用いて、互いに、導電的に接続されている。

チップカードモジュール（「チップモジュール」とも呼ぶ）は、接着剤１２を用いて基板１のチップ上面２に取り付けられるチップ８もまた備えている。基板１に面していないチップ８の面に配置された接続接点９は、ワイヤボンディングプロセスにおいて、ボンディングワイヤ１１を介して、導電構造５に接続される。ワイヤボンド接続は、好ましくは、金のワイヤとして形成される。

ボンド接続は、ボンディングデバイスが中間接触点１３を起点とするように行われる。このプロセスにおいて、いわゆる「ネイルヘッド」が中間接触点１３に配置される。ボンディングワイヤの始端が融解して接続される。この「ネイルヘッド」から、始端が形成され、ボンディングワイヤは、基板１に形成された通路６の中に接続される。それゆえ、ボンディング接続は、「ネイルヘッド接点」と呼ばれる。ボンディングワイヤの第２の端は、いわゆる「ウェッジ接点」によって、接触領域４の裏に取り付けられる。

中間接触点１３から、同様のワイヤボンド接続が、チップ８上に形成された接続接点９に設けられる。図１は、接続接点９上と中間接触点１３上の両方に「ネイルヘッド接点」を示す。しかしながら、「ウェッジ接点」もまた、片方の側に形成されてもよい。これは、主に、実際のスペースの状態に依存している。すなわち、ワイヤボンド接続１１は、常に、「ネイルヘッド接触」で始まり、「ウェッジ接点」で終わる。図１、および、図２のチップ８の接続接点９に示すように、「ウェッジ接点」の点において、さらなる高さが必要な場合、「ネイルヘッド」がその点において最初に形成される。

このタイプのボンディングワイヤの接触は、いわゆるウェッジオンバンプ接点、略してＷＯＢである。このタイプの接点は非常にしっかりと接続し、それゆえ、特に、導体構造５に金のワイヤとして構築されたボンディングワイヤを接触させるのに適している。

チップ８とワイヤボンド接続１１とを保護するために、これらは封止材料を用いて封止される。１つの考えられる封止プロセスはいわゆる成形であり、チップ８を覆う封止用の成形材料は、チップ８とワイヤボンド接続１１とを覆い、通路６を充填するように、基板の上面２に適用される。その適用後、成形材料は硬化する。成形材料は、例えば、エポキシ樹脂を含んでおり、デュロプラスティックである。

封止材料によって接触された導体構造５の平面範囲が、チップ上面２の平面における封止部によって覆われた領域の範囲と比較してできるだけ小さくなるように、通路６の口径はできるだけ小さい。口径は、有利には、０．８ｍｍ以下であり、特に、有利な実施形態においては、０．５ｍｍ以下である。口径が０．３ｍｍ以下、または、０．４ｍｍ以下である場合、さらなる改良が得られ、０．４ｍｍの口径が特に適している。

有利な実施形態においては、封止部１０は、封止によって覆われた領域、あるいは、それぞれ縁７によって取り囲まれた領域に貫通接続が位置しているような平面の範囲を有する。これは、例えば水蒸気やガスなど、環境の影響から通路６を保護する。

いわゆるトランスファー成形技術において封止が行われた場合、特に破壊に強いチップカードモジュールが得られる。

別の方法として、接点は、接触領域４を形成するためのメタライゼーションが接着剤を用いることなく基板１の接触上面３に積層されるような方法で設けられてもよい。この実施形態では、貫通接続６は通常目に見え、可視ビアとも呼ばれる。この実施形態の有利な点は、製造コストが低いことである。

基板１にチップ８を直接実装することによって、結果的に、接触領域４を有する基板の下面と接触領域４に作用する可能性のある機械的負荷を吸収するチップ８との間の緩衝区域が厚くなる。機械的なチップホルダーを備えた別の実施形態もまた可能である。

図２は、基本的に図１に示される実施形態に一致するさらなる実施形態を示している。同一の参照符号は同一の物を表している。図１と対比して、図２の実施形態は、メタライゼーション１３が左側で封止部１０の端を超えて延びている。参照符号１６によって指定されるこの延長部は、コイル接続接点として用いられる。チップモジュールがデュアルインターフェースを有するチップカードとして提供された場合、ＩＳＯ標準規格に従う接触領域４に加えて、一般にカード本体の内部に配置されたコイル用の接続が必要となる。

加えて、図２は、導体構造５を形成するメタライゼーションが、通路６の側面のメタライゼーションを介して、基板１の接触上面に形成された接触領域４のメタライゼーションに接続されていることを示している。導体構造５を形成するメタライゼーションは、一方では中間の接触素子として用いられ、他方ではコイル接続接点１６として用いられ、または基板のチップ上面２の再配線に用いられてもよい。的確な実施形態は、以下でより詳細が明らかになる。

このように、通路６に貫通接続が存在する。つまり、一方ではボンド接続１１’を用い、他方では通路６に形成されたメタライゼーションを用いて接続されている。この手段によれば、どんな理由であれ２つの電気的な接続のうち１つが壊れたとしても、冗長性があり電気的な接続が存続するという大きな利点を有する。この構成において、図２のボンド接続は、図１のボンド接続に一致する。

図３は、ワイヤボンディング技術でチップ８が取り付けられている、外縁１５を有するチップモジュールの平面図である。基板１のチップ上面２に導体構造５が設けられて、メタライゼーションとして形成される。

チップカードモジュールは、また、コイルを接触するためのコイル接続接点１６として配置される導体構造を備えている。これらの導体構造も、ボンディングワイヤ１１を介してチップ接続接点に接続される接続領域１９を備えている。

封止材料によって覆われた基板１における導体構造５の平面の範囲は、封止部１０によって覆われた領域については小さい。空間的な範囲を説明するため、基板表面または導体パターン５に接触する封止部の縁７の輪郭１７が、基板のチップ上面２に投影されている。基板１の上面２に適用された導体構造は、封止部の輪郭１７内の領域のほんの小さいな割合のみを占めている。

チップ８が取り付けられているチップ上面２の領域のチップの輪郭２１もまた示されている。チップの輪郭は、基板表面またはチップ８を取り付けるための導体構造５に接触する手段の縁の投影である。これは、例えば、接着剤１２であってもよい。

導体構造５は、封止材料が基板上面１または導体構造５に接触する斜線領域２０の大部分に配置されていない。封止材料の接着は、通常、導体構造５上よりも、チップ８上のほうが良好である。これは、基板２およびチップ表面において、封止材料の非常に良好な接着を確実にする。封止部の輪郭１７によって囲まれた領域内の相対的な平面の範囲が小さくなればなるほど、封止部１０の接着は良好になる。

封止部の輪郭１７とチップの輪郭２１との間の上面２における導体構造５の平面範囲が、封止部の輪郭１７によって囲まれた領域の５分の１以下を占める場合、層間剥離とワイヤの切断の危険性を際立って低減する封止部の信頼性のある接着は確実になる。

導体構造５は、基板２においてメタライゼーションされた領域から離れて、存在する可能性のあるあらゆるボンディングホール以外に、凹部（特に通路６）もまた備えていることがわかるだろう。導体パターンが、最大で、封止部１７によって囲まれた領域の平面範囲の１５％だけを占める場合、接着は有利に改良され、導体構造が、最大で、封止部１７によって囲まれた領域の平面範囲の１０％だけを占める場合、さらなる改良が生じる。導体構造が、最大で、平面範囲の５％だけを占める場合、さらなる改良が可能となる。

そのような導体構造の平面範囲の最適化は、貫通接続の直径および半導体構造の平面範囲（特に半導体構造のコイル接触領域１６へのフィードとして用いられる平面範囲）のさらなる低減によって、達成することができる。

ワイヤボンディング接触の場合、導体構造５は、基本的に封止部の輪郭１７とチップの輪郭２１との間の領域に配置されることがわかるだろう。チップの輪郭２１内に、通常導体構造は設けられない。

図３に示されるチップモジュールの実施形態の平面図に見られるように、チップ８の接続接点９から、メタライゼーション１３として導体構造５に配置された導体構造５へのワイヤボンド接続１１が設けられ、さらに、メタライゼーションとして設けられた中間接触素子５から通路６の中に順に導かれる接続１１’を接続する。

図４は、図２に示される実施形態における通路６の周囲の断面を示している。ここで示される実施形態において、チップ上面３のメタライゼーション１３、および、基板１の接触上面３のメタライゼーションは３層から成る。順番は、銅層（Ｃｕ層）７ａが最初に基板１に直接形成され、これにニッケル層（Ｎｉ層）７ｂが電着され、そして、これに金層（Ａｕ層）７ｃが電着によって順に形成される。銅層７ａはまた通路６の壁の内部にも形成され、このようにして、接触領域４と導体構造５または中間接触素子１３のそれぞれとの間の電気的な接続を形成する。

ニッケル層７ｂと金層７ｃは電着によって設けられ、通路６の内壁の銅層７ａもまた設けられる。この構成において、通路６におけるワイヤボンド接続１１’のためのウェッジ接触は通路６の底面において金層７ｃの上に配置される。

中間接触素子１３からチップ８に通じるワイヤボンド接続１１は、この拡大図においてはもはや図示されないが、金層７ｃにおけるネイルヘッド接触１４から始まる。

図４は図２に係る実施形態を表すが、図１に係る的確な実施形態は、通路６の壁におけるメタライゼーションを除去することによって、容易にイメージできる。他方、実施形態１におけるメタライゼーション１３もまた、詳細に、図４に示される３層構造に対応する。

図５は、最後に、前述したチップモジュールの１つを用いる場合に、チップカードの結果として得られる構造を単に図式的に示す。キャビティを備えているカード本体１５の断面がここで示されている。このキャビティの中に、基板または基材１を有するチップモジュールが格納される。接触領域４と通路６とが示されている。接触領域４の反対側に、チップ８がキャリア１に配置され、最初にボンド接続１１が図示されない中間接触に接続され、そして、これらの中間接触から、ボンド接続１１’は、接触領域４を中間接触素子に通路６を通じて接続する。接触領域４は、カード本体１５の表面と同一平面をなす。

図１から５に示される実施形態は互いに組み合わせ可能であることが指摘される。

図６Ａは、特に、チップモジュールの実施形態を示している。この実施形態においては、示されているチップ接続接点９は、通路６内の接触領域４の裏面から、直接、ワイヤボンド接続１１の接続接点９に配置されることが可能となるように、チップ８の縁に十分近接して設けられる。ワイヤボンド接続１１は、通路６の底面のウェッジ接触で終端する。ニッケル層と金層とが、図示されていないが、通路６内の接触バンク４の積層された銅層７ａの上にも設けられた場合、有利になり得る。

図６Ｂによれば、銅層７ａと基板１との間の積層をつなぎ合わせる接着層１４が示されている。銅層７ａと通路６との間の接合部分において、積層に起因して接着剤が通路６の表面に出ている部分に窪んだ継ぎ目が形成される。図６Ｂに係る実施形態において、表面に出ている接着剤は、銅層２２によって覆われている。表面に出てきた接着剤を覆うこの銅層は、基板１との接触領域４の凝集の補強効果を有する。図６Ｂにおいて見られるように、ニッケル層７ｂと金層７ｃとがまた、銅層７ａに加えて適用される。

図６Ｃに係る実施形態において、内側の空間が通路６によって形成され、接触領域４の銅層７ａが完全にメタライゼーションされる。この構成において、接触領域４の同じ層の順序２３が示されている実施形態に適用される。これは、最初に銅層７ａが、次にニッケル層７ｂが、そして最後に金層７ｃが適用されることを意味する。底面において、銅層７ａは接触領域４の銅層７ａ上に設けられる。

ボンド接続１１のウェッジ接触は、通路６内の金層７ｃの上に配置される。図６Ｃによる通路６のメタライゼーション、または、図６Ｂによる窪んだ継ぎ目を少なくとも覆うことは、後の成形プロセスの間、成形材料が窪んだ継ぎ目の内部への侵入することが妨げられ、また、接触表面３を有する接触領域４の積層を損傷することを妨げられる。

積層をつなぎ合わせている接着剤１４は、図６Ａおよび図６Ｃには示されていなが、そのような接着剤は、当然、両方の実施形態において用いられてもよい。

加えて、ここで、図６Ａ〜Ｃを参照して説明されるチップモジュールの実施形態もまた、図５を参照して説明されたように、カード本体において用いられてもよい。

なお、先行技術文献としては、未公開の米国特許出願ＵＳ １１／６１４，８４７がある。

チップカードモジュールを示す図である。 チップカードモジュールの他の実施形態を示す図である。 チップカードモジュールのレイアウトを示す平面図である。 通路６の周囲の断面を示している。 チップカードを示す断面図である。 チップカードモジュールの１つの実施形態を示す図である。 チップカードモジュールの１つの実施形態を示す図である。 チップカードモジュールの１つの実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ チップ上面
３ 接触上面
４ 接触領域、メタライゼーション
５ 導体構造
６ 通路
７ 封止部の縁
８ チップ
９ チップ接続接点
１０ 封止部
１１ ワイヤボンド接続（第２の部品）
１１’ ワイヤボンド接続（第１の部品）
１２ 接着剤
１３ 中間接触素子、メタライゼーション
１４ 接着剤
１５ 外縁
１６ コイル接続接点
１７ 封止部の輪郭
１８ 接触領域
１９ 接触領域
２０ 領域
２１ チップ輪郭
２２ 銅層
２３ 層の順序

Claims (16)

1. チップ上面（２）とチップ上面（２）の反対側の接触上面（３）とを有する基材（１）と、
   基材（１）のチップ上面（２）に取り付けられたチップ（８）と、
   基材（１）の接触上面（３）に形成された接触領域（４）と、
   基材（１）のチップ上面（２）に形成された中間接触素子（１３）と、
   基材（１）に形成された通路（６）と、
   少なくとも１つの、第１の部品（１１’）と第２の部品（１１）との２つの部品から成るワイヤボンド接続とを備え、
   第１の部品（１１’）は、少なくとも１つの通路（６）内の接触領域（４）から中間接触素子（１３）に接続され、第２の部品（１１）は、中間接触素子（１３）からチップ（８）上のチップ接続接点（９）に接続されていることを特徴とするチップモジュール。
2. 中間接触素子（１３）、および、接触領域（４）は、金属層として形成されていることを特徴とする請求項１に記載のチップモジュール。
3. 上記金属層は、３つの異なる副層から成ることを特徴とする請求項２に記載のチップモジュール。
4. 中間接触素子（１３）を形成している上記金属層と接触領域（４）を形成している金属層とが、通路（６）の壁面に形成された金属層によって接続されることを特徴とする請求項２に記載のチップモジュール。
5. 通路（６）は、０．８ｍｍ以下の口径、好ましくは、０．５ｍｍから０．３ｍｍの間の口径を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のチップモジュール。
6. 通路（６）は、約０．４ｍｍの口径を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のチップモジュール。
7. チップ上面（２）と上記チップ上面（２）の反対側の接触上面（３）とを有する基材（１）と、
   基材（１）のチップ上面（２）に取り付けられたチップ（８）と、
   基板（１）の接触上面（３）に形成された接触領域（４）と、
   基材（１）に形成された少なくとも１つの通路（６）とを備え、
   少なくとも１つのワイヤボンド接続（１１）が、少なくとも１つの通路（６）の中の上記接触領域（４）から、チップ（８）のチップ接続接点（９）に接続され、通路（６）は０．８ｍｍ以下の口径を有することを特徴とするチップモジュール。
8. 接触領域（４）を有する通路（６）の接触領域は、少なくとも１つの銅層（７ａ）によって少なくとも部分的に覆われている、窪んだ継ぎ目を形成していることを特徴とする請求項７に記載のチップモジュール。
9. 完全に金属化された壁を有する領域が、通路（６）と通路（６）を覆う接触領域（４）とによって形成されていることを特徴とする請求項７に記載のチップモジュール。
10. チップ（８）と中間接触子（１３）とが格納される凹部を有するチップカードであって、
    上記凹部は、接触領域（４）を有するカバーを用いて覆われており、
    ワイヤボンド接続は、少なくとも１つの接触領域（４）から、中間接触点（１３）を介して、チップ（８）に設けられたチップ接続接点（９）に形成されることを特徴とするチップカード。
11. チップ（８）と中間接触子（１３）とは、基材（１）の同じ面に形成され、上記ワイヤボンド接続は、中間接触子（１３）から通路（６）を通じて少なくとも１つの接触領域（４）に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のチップカード。
12. 少なくとも１つの接触領域（４）に達しているワイヤボンド接続（１１’）が接続される隆起した金属部が、中間接触素子（１３）に形成されることを特徴とする請求項１１に記載のチップカード。
13. チップへの電気的接続の製造方法であって、
    上記チップは基材のチップ上面に配置される工程と、
    第１のワイヤボンド接続の始端は、少なくとも１つの通路を通じて、基材における少なくとも１つの接触領域の裏に配置される工程と、
    上記第１のワイヤボンド接続は、中間接触子に接続されて、終端が設けられる工程と、
    第２のワイヤボンド接続は、中間接触素子とチップ上の接続接点との間に形成されることを特徴とする製造方法。
14. 隆起した金属部が、中間接触点に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
15. 中間接触点と少なくとも１つの接触領域とを接続するメタライゼーションが、少なくとも１つの通路の壁に形成されることを特徴とする請求項１３または１４のいずれかに記載の製造方法。
16. チップが基材に配置され、
    基材に設けられた少なくとも１つの接触領域と基材に設けられた中間接触素子との間に第１のワイヤボンド接続が形成される工程と、
    上記中間接触素子と上記チップに設けられた接続接点との間に第２のワイヤボンド接続が形成される工程と、
    上記チップを有する上記基材が、利用可能となったカード本体に設けられた開口部に格納されることを特徴とするチップカードの製造方法。

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