JP3199747B2 - チップモジュール - Google Patents
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Description
等とも呼ばれる)のカード本体に組み込むためのチップ
モジュールに関する。
る。チップカードの使用可能性は極めて広範囲にわたっ
ており、しかもチップカードに内蔵された利用可能な集
積回路の演算能力や記憶容量が増大するにつれてその使
用可能性はなおもますます増大している。しかしこれに
伴い、組み込まれるべき集積回路(電子構成素子、チッ
プ)の大型化が生じている。
これらの特徴は部分的には相応する規格によって規定さ
れている。このことは、たとえばUV放射線およびX線放
射線に関するカードの負荷耐性ならびにカード本体およ
び電気的な接点の機械的な負荷耐性あるいは耐熱性に関
するものである。
チップがまずフレキシブルなシートに組み付けられる。
このシートには所要のカード接点が設けられている。次
いで、組付けの完了したシートから個々のチップモジュ
ールが打抜き加工される。チップはこの場合、モジュー
ルのキャリヤを介して間接的にカードに固定されてい
る。これによって、曲げ力がチップから離隔されるとい
う利点が得られる。チップはその裏面で、フレキシブル
なシートに組み付けられている。チップの表側に設けら
れた電気的な接続面は、ボンディングワイヤを介して接
触接続部に接続される。この接触接続部はフレキシブル
なシートを通じてカード接点に接続されている。前記ボ
ンディングワイヤを含めてチップの表側は一般にカバ
ー、たとえばプラスチックコンパウンドによって腐食の
影響から保護される。上で述べた手段はチップを標準パ
ッケージにパッキングするための汎用方法の一部であ
る。
在の公知技術水準においては3つの基本技術により組み
付けられる:つまり a)シアンアクリレート接着技術 b)ホットメルト接着技術 c)触圧接着技術。
術は感圧接着法とも呼ばれる。この場合、機械的な押圧
によって接着層内に形成された剪断応力が接着剤の粘度
低下をもたらし、この接着剤は結合エレメント、たとえ
ばカード本体に対する物理的な接触を形成するか、もし
くは改善する。単層のホットメルト接着技術の例は、ド
イツ連邦共和国特許出願公開第3639630号明細書に開示
されている。多層のシアンアクリレート接着技術の例は
欧州特許出願第0527438号明細書に開示されている。
プモジュールとカード本体との間の結合の品質が重要と
なる。たとえばチップモジュールが、カード本体にフラ
イス加工された切欠き内に挿入されて接着固定される場
合に、たとえばホットメルト接着剤が使用されると、著
しい熱負荷が生ぜしめられる恐れがある。
するチップキャリヤを意味する。反対の側には1つの半
導体チップが配置されており、この半導体チップはチッ
プカードのこれらの接点の間に位置している。つまり半
導体チップは横方向で見て直接に接点に向かい合って位
置している。このようなチップモジュールは、米国特許
第4625102号明細書およびフランス国特許出願公開第261
7668号明細書に基づき公知である。シアンアクリレート
接着技術および触圧接着技術がモジュール組付けのため
に低いプロセス温度で十分となるのに対して、ホットメ
ルト接着技術の大きな特徴は比較的高い組込み温度であ
る。汎用の温度は200〜250℃の範囲にある。このような
方法では、1.5秒弱のモジュールインプランテーション
過程の間に、大きな熱量がチップモジュール内に伝達さ
れる。これによって、チップモジュールをカード本体と
結合させる接着剤層だけが加熱されるのではなく、チッ
プキャリヤエレメントや半導体チップやカバーコンパウ
ンドも一緒に加熱されてしまう。それと同時にこの場
合、チップモジュールの構造が種々異なる材料から成る
複数の構成要素を有していることが考慮されなけらばな
らない。すなわち米国特許第4625102号明細書の記載に
よれば、フレキシブルなシート、つまりキャリヤは、た
とえばエポキシ樹脂から成っている。このキャリヤに片
側で被着された接点は金属から成っており、半導体チッ
プは結晶、たとえばシリコンから成っており、ボンディ
ングワイヤは金属から成っており、チップ表側をカバー
するためのカバーコンパウンドはプラスチックから成っ
ている。このような系が比較的大きな温度変動にさらさ
れると、いわゆる「デラミネーション」、つまり互いに
接触している各層の間の分離を招く恐れがある。この種
のチップモジュールでは、チップとキャリヤとの間の結
合自体、つまり一般にチップとキャリヤとの間の接着結
合自体は、臨界的ではない。しかし系全体が短時間加熱
されると、チップモジュールの比較的長い保管時間およ
び運搬時間の後ではカバーコンパウンド内に局所的な欠
陥、つまりデラミネーションが生ぜしめられる。チップ
とカバーコンパウンドとの間のデラミネーションはチッ
プモジュールの誤機能または故障を招く恐れがある。そ
の理由は、この範囲におけるデラミネーションが導電
体、つまりチップを外側の接点に結合するボンディング
ワイヤの裂断を生ぜしめるからである。カード本体にチ
ップモジュールを接着固定するための上記ホットメルト
法はチップモジュールの、相応して高い熱負荷を伴う。
ラミネーションを引き起こし易い。その原因はチップモ
ジュールの系全体に熱により誘発される応力である。こ
のような応力は半導体チップとチップキャリヤエレメン
トとカバーコンパウンドとの間での、膨張熱(dilatthe
rmisch.)に関する誤整合に基づき生じる。これに関連
した各構成要素の熱膨張率の対比は同じ温度領域におい
て2.5:10:18である。デラミネーションの発生率は半導
体チップが大型化しかつ運搬時間および保管時間が長く
なるにつれて高くなる。このような運搬時間および保管
時間の間にカバーコンパウンドは環境大気から湿分を吸
収し、この湿分が材料の膨張を招く。このような材料膨
張は膨潤とも呼ばれる。カバーコンパウンドのこのよう
な膨潤と、カード本体への組込み時に行われるチップモ
ジュールの短時間の強力な加熱が、組込み後の高い不良
品発生率を生む原因となる。このことは特に、大面積の
チップを有するチップモジュールの場合に云える。この
ようなチップはマイクロコントローラ(Mikrokontrolle
r)および/またはクリプトコントローラ(Cryptokontr
oller)と呼ばれる。
の手段は、湿分吸収性の低いカバーコンパウンドの開
発、選択および試験にあった他、カバーコンパウンド粘
着特性の向上、たとえばチップキャリヤ表面の粗さ増大
をもたらす手段にあった。すなわち、たとえば接着助剤
(シラン/シロキサンを主体とした)を施与されたカバ
ーコンパウンドが使用されていた。
との間のデラミネーション、つまり離層が阻止され、ひ
いてはチップモジュールとカード本体との間の結合方法
におけるチップモジュールの機能損失が阻止されるよう
な、チップカードに組み込むためのチップモジュールを
提供することである。
の構成を有するチップモジュールにより解決される。
込むためには、種々の方法において規定の熱量が外部か
ら導入されなければならない。このことは、外部熱、た
とえばポンチで形成された熱によって行われ、この場
合、このポンチがチップモジュールに載置されることに
よりチップモジュールに熱が伝達される。熱供給は、た
とえばチップモジュールのキャリヤとカード本体との間
に接着結合を形成したい場所もしくは面における温度を
高める目的で行われる。チップモジュールの別の範囲に
対する熱伝導は最小限に抑えられることが望ましい。し
かし接着結合の形成時では熱を放出する中空ポンチが、
フレキシブルなシートに配置された接点に載置されて、
この接点を介して熱量がチップモジュール内に導入され
るので、チップの方向における著しい熱伝導を遮断する
ことができない。同じくフレキシブルなキャリヤシート
と接触しているカバーコンパウンドの熱伝導率は小さい
ので、導入されたエネルギの著量はフレキシブルなキャ
リヤシートから接着剤層を介してチップに流入する。こ
のことはチップの加熱を招くだけでなく、チップとカバ
ーコンパウンドとの間の接触範囲におけるデラミネーシ
ョンをも招いてしまう。
断熱層が導入されることが知られている。上記課題の本
発明による解決手段は、中空ポンチが熱導入の目的で載
置される金属接点に切欠きを意図的に配置することであ
る。チップと、このチップをモジュールに結合させる接
着剤層との間に断熱層を使用することにより、チップの
方向におけるモジュール内部での熱伝導が阻止されるの
に対して、金属接点に設けられた切欠きは横方向の熱伝
導、つまり金属接点の面に存在する熱伝導を阻止する。
中空ポンチがチップモジュールの外側の範囲において金
属接点にほぼ環状に載置され、チップがチップモジュー
ルのキャリヤの反対の側の面に、金属接点に対してほぼ
同心的に配置されているので、チップは中空ポンチに対
して相対的に見て内側の範囲に位置している。このこと
を前提にして考えると、ホットメルト接着を形成するた
めには面状に形成されたモジュールを鉛直方向に貫くよ
うに案内される熱流が望ましいことが判る。金属接点の
内部に設けられた切欠きは、これらの電気的な接点の内
部における、面状に形成されたチップモジュールに対し
て平行に内側に向かって案内される熱伝導が、前記切欠
きによって遮断されるように配置されている。これによ
り、短時間のホットメルト組込み時間の間にチップモジ
ュールの一貫した加熱が行われることが構造的な手段に
よって阻止される。したがって、最も良好な熱伝導率を
有する金属接点の層は対応する方向において部分的に中
断される。チップモジュールの内面に設けられたエポキ
シ・ガラス繊維複合層は、数オーダだけ低い熱伝導率を
有しており、これによりこの複合層は上で述べた目的設
定の点では重要にならない。前記切欠きは一般に長孔と
して形成されており、これにより中空ポンチの輪郭内
で、対応する幅の熱バリヤ、つまり遮熱体を成してい
る。
る。
際に中空ポンチが相対的に位置決めされた状態を示す部
分断面図であり、 第2図は、フレキシブルなキャリヤシートとチップと
の間に付加的な断熱層を有する公知先行技術の例を示
す、第1図と同様の断面図であり、 第3図は、本発明によるチップモジュールの断面図で
あって、この場合、金属接点10の層の内部に切欠き11が
設けられており、 第4図は、金属接点の平面図であって、この場合、切
欠きとチップの輪郭とが示されている。
モジュールをカード本体に組み込む際にホットメルト組
込み法を使用する場合に生じる恐れのある、チップ範囲
におけるカバーコンパウンドのデラミネーションもしく
は離層を回避することができる。ホットメルト法による
チップモジュールの組込み時では、第1図に示したチッ
プモジュールが、中空ポンチ1を用いて、たとえば200
℃の比較的高い温度で、相応して時間制御された力作用
を受けてカード本体に接着される。第1図には中空ポン
チ1が示されており、この中空ポンチ1はチップモジュ
ールのフレキシブルなキャリヤテープ2に載置される。
この個所には外側に向かって露出した複数の金属接点が
位置決めされているので、中空ポンチ1はこれらの金属
接点に載置される。チップモジュールは内側に接着剤層
8を有しており、チップ3はこの接着剤層8によってキ
ャリヤテープ2に位置決めされて固定されている。キャ
リヤテープ2には補強フレーム4も配置されており、こ
の補強フレーム4はチップ3を取り囲んでいる。カバー
コンパウンド51はチップ3と、このチップ3に設けられ
た、接点にまで案内された電気的な接続部とを腐食およ
び外部からの機械的な影響に対して保護している。チッ
プモジュールはホットメルト接着剤6によってカード本
体7に接着固定される。
テープ2と接着剤層8とを介して著しい熱量が直接にチ
ップ3に流入する可能性がある。このような危険を排除
するために第1図に対応する第2図に示した実施例で
は、付加的な断熱層9が導入されている。これによっ
て、チップ(たとえばシリコン)とカバーコンパウンド
とフレキシブルなキャリヤテープとの互いに異なる熱膨
張率の影響に基づき、高い温度における強力な熱機械的
な力による損害が生ぜしめられることは阻止される。こ
のような熱機械的な力は、たとえばチップモジュールの
組込み法において高い温度が系全体に導入された場合に
生じる。このことはデラミネーションを招く危険があ
る。その場合、カバーコンパウンドがチップから剥がれ
て、たとえばチップと外側接点との間の導電体の損傷に
よりチップモジュールの機能故障を招いてしまう。
デラミネーション現象を回避することができる。ポリイ
ミドは低い熱伝導値を有しているので、ポリイミドは熱
バリヤ、つまり遮断体として使用可能となる。これによ
り、チップ3とカバーコンパウンド5との間の熱機械的
な力は減じられる。それに対して、接着のために必要と
なる加熱中空ポンチ1の熱はホットメルト接着剤6に流
入して、結合を形成する。ポリイミドはウェーハプロセ
スにおいてウェーハ裏面に被着される。ポリイミドの熱
伝導率は極めて低いので、単に10μmのポリイミドの層
厚さでも十分となることが前実験により判った。
イミド層であると有利である。しかし、別の断熱材の使
用も可能である。ただし、ポリイミドはウェーハプロセ
スにおいてウェーハ裏面に容易に被着され得るので、や
はりポリイミドを断熱材として選択することが極めて有
利である。
ールに載置された中空ポンチ1とが示されている。キャ
リヤテープ2は一方の側に金属接点10を有していて、反
対の他方の側には金属接点10に対してほぼ同心的に配置
されたチップ3を有している。カバーコンパウンド52は
チップ3の活性面と、チップ3と金属接点10との接触接
続部とを保護している。図面からよく判るように、中空
ポンチ1からチップ3の方向に向かう横方向の熱流、つ
まり図面で見て側方に向けられた熱流は切欠き11によっ
て遮断される。中空ポンチ1から、断面図で見て上方か
ら下方へ向かって金属接点10とキャリヤテープ2とを経
由して流れる熱流は妨げられない。
ている。金属接点10はチップ3に対して向かい合って位
置する2つの列で配置されている。チップ輪郭12はチッ
プ3の中央の位置を表している。中空ポンチ1の内側輪
郭13と、中空ポンチ1の外側輪郭14とは、互いに内外に
同心的に位置する方形体を形成している。長孔として形
成された切欠き11は、金属層に、もともと個々の金属接
点10を仕切る目的で存在している中断部が設けられてい
ない個所において、内側に向かう熱流、つまり切欠き11
に対して相対的に向かい合って位置するように組み付け
られたチップ3の方向に向かう熱流を阻止する。
ールにおいても、このようなゴールドアイランドを有し
ない別のチップモジュールにおいても使用され得る。
Claims (1)
- 【請求項1】チップカードのカード本体(7)に組み込
むためのチップモジュールであって、 −フレキシブルなキャリヤテープ(2)が設けられてお
り、 −該キャリヤテープ(2)の片側の面に被着されかつ互
いに平行な2つの列で配置された面状の金属接点(10)
が設けられており、複数の接点面のうちの1つが、2つ
の接点列の間に配置された金属面と一体に形成されてお
り、 −キャリヤテープ(2)の、前記金属接点(10)とは反
対の側の面に被着された少なくとも1つの電子構成素子
(3)が設けられており、該電子構成素子(3)が金属
接点(10)に電気的に接続されており、 −キャリヤテープ(2)に設けられた所定の面を介して
チップモジュールがカード本体(7)に結合可能である 形式のものにおいて、 前記金属面に、両接点列に対して直角に延びる切欠き
(11)が設けられており、該切欠き(11)が、金属接点
(10)と前記金属面との外側範囲に環状に載置される中
空ポンチ(1)から、中央に組み付けられた電子構成素
子(3)に向かう方向で流れる熱流を遮断するようにな
っていることを特徴とする、チップカードのカード本体
に組み込むためのチップモジュール。
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