JP3896115B2 - チップカードへの半導体チップのボンディング - Google Patents

Description

本発明は、チップカードボディ、半導体チップ、および半導体チップと電気的および機械的に接続された、チップカードボディに固定されたキャリア基板を有するチップカードに関し、
チップカードボディは、第１のキャビティおよび第２のキャビティを有し、第２のキャビティは、第１のキャビティの底部で凹部をなし、これにより、第１のキャビティは、第２のキャビティを越えて長手方向に伸び、そして、第１のキャビティの底面は、第２のキャビティを包囲し、
キャリア基板は、第１のキャビティに設けられ、かつキャリア基板の上面上に、チップカードを読み出すための上部表面コンタクト、およびキャリア基板の下面上に、下部表面コンタクトを有し、上部表面コンタクトおよび下部表面コンタクトは、キャリア基板を通って走るコンタクトホールライン（ビア）によって互いに電気的に接続され、
半導体チップは、電気的接続によって、キャリア基板の下部表面コンタクトに接続され、
コンタクトホールラインは、下部表面コンタクトおよび上部表面コンタクトの両方を通過し、かつ、第２のキャビティの外側に長手方向に伸びる第１のキャビティの領域に設けられ、そして、コンタクトホールラインは、第１のキャビティの底部にて被覆される。

チップカードは、実質的に、通常、プラスチックカードであるチップカードボディを含み、これは、半導体チップを収容するための空間を有する。この空間は、通常、外側の浅いキャビティを備え、その底面で、さらなる内側キャビティが凹部をなす（ｒｅｃｅｓｓｅｄ）。内側キャビティは、外側キャビティよりも小さい断面積を有し、従って、外側キャビティは、内側キャビティを越えて長手方向に伸びる。外側キャビティの底面は、内側キャビティを包囲する。

内側キャビティは、半導体チップをチップカードボディに収容するために用いられる。半導体チップが電気的および機械的に接続されるキャリア基板が、外側キャビティに設けられる。半導体チップとキャリア基板の上面上の表面コンタクトとの間の電気的接続は、チップカードＡＴＭが上部表面コンタクトと適切に接触する結果として、カードが読み出されることを可能にし、チップカードに依存して、情報が、半導体チップに書き込まれることを可能にする。

キャリア表面は、外側キャビティの底面に固定され、この外側キャビティをほぼ完全に充填する。同時に、キャリア基板は、半導体チップが配置された内側キャビティを被覆する。従って、半導体チップは、キャリア基板によって外部の影響から保護される。

このためにキャリア基板がその上面上に表面コンタクトを有する一方で、例えば、表面コンタクトに半導体チップを電気的に接続するボンディングワイヤ等のボンディング接続がその裏側に固定されるチップカードが公知である。ボンディングワイヤが、キャリア基板の上面上の表面コンタクトの裏側に接続されることを可能にするために、キャリア基板は、各コンタクトの下に開口部を有する。

さらに、キャリア基板が、その下面にも表面コンタクトを有するチップカードが公知である。表面コンタクトは、半導体チップに電気的に接続され、さらに、チップカードの上面上の表面コンタクトにも接続される。上部表面コンタクトと下部表面コンタクトとを互いに電気的に接続するために、ビアとして知られるコンタクトホールラインがキャリア基板に生成される。ビアは、好適には、キャリア基板における円筒形の開口部であり、０．１〜１ｍｍの直径を有し、キャリア基板の下面から上面へと伸び、ビアの上端部、またはコンタクトホールラインは、多くの場合、上部表面コンタクトによって被覆される。コンタクトホールラインの円筒形の内壁は、導通するように処理される。内壁の対応する金属または他の導電性被覆に基づいて、コンタクトホールは、キャリア基板のそれぞれ１つの上部表面コンタクトと下部表面コンタクトとの間を走る電気ラインを形成する。

半導体チップは、電気的接続によってキャリア基板の下部表面コンタクトに接続され、従って、キャリア基板の上面からビアを通って電気的に駆動され得る。

チップカードに含まれる半導体チップは、環境の影響から隔離される必要があり、これにより、周囲空気中に存在する水分または汚染物質が半導体チップの中に拡散しない。第２の内側キャビティによって形成される内部空間が、環境と接触することを防止するために、キャリア基板を通過する開口部であるビアは、第１のキャビティの底面上の、第２のキャビティの底面の外側に設けられ得る。従って、周囲空気が第２のキャビティの内部の空気と交わることは不可能である。

しかしながら、すでに製造プロセスの間に、水分および／または汚染物質を含み、かつ、半導体チップに長期的な悪影響を及ぼす微小雰囲気（ｍｉｃｒｏｃｌｉｍａｔｅ）が第２のキャビティ内に含まれ得る。この微小雰囲気による半導体チップへの損害は、基板のキャビティと対面する上面を被覆するペーストを用いても、確実に回避され得ない。微小雰囲気に存在する汚染物質は、ペーストを通じて、またはペーストと半導体チップとの間の界面を通じて拡散し得る。

本発明の目的は、汚染物質および水分、さらに第２のキャビティ内の特定の量の空気の半導体チップの実質的な遮断が低コストで実現されるチップカードを提供することである。

本発明により、この目的は、キャリア基板の下面が、接着層によって第１のキャビティの底面に固定されることによって達成される。この接着層は、第１のキャビティの底部から第２のキャビティの内部に伸び、かつ、半導体チップの領域を被覆する。

本発明により、第２のキャビティに含まれる空気の量のほとんどを遮断することによって、キャリア基板をチップカードボディに固定するための一般的なタイプのチップカードに提供される接着層が、さらに、第２のキャビティに提供されるという事実により提供される。接着層は、通常、第２のキャビティの外側の第１のキャビティの底面の領域においてのみ設けられ、第２のキャビティの領域において、凹部を有する。なぜなら、半導体チップへの電気的接触は、第１のキャビティの底面の高さに、半導体チップのための電気的接触が設けられるからである。本発明によると、第１のキャビティの底部から第２のキャビティの内部へと伸び、かつ、半導体チップの領域を被覆する接着層が提供される。キャリア基板を固定するために、従来、第２のキャビティの外側の底面にのみ提供される同一の接着層が、本発明により、同時に、第２のキャビティ内でその下部にて半導体チップを被覆し、かつ、半導体チップの側面に隣接して、第１のキャビティの底面にまで伸び、これにより、第２のキャビティの空気の量が２分割される。接着層は、ほとんどの空気量を半導体チップから遮断し、これにより、含まれる接触水分および／または汚染物質のほんの一部分のみが半導体チップと接触する。これにより、さらなるコストを投入することなく微小雰囲気の大幅な遮断が達成される。特に、接着層は、第２のキャビティにおける半導体チップを下から包囲する。接着層は、キャリア基板の下部の上に突き出す半導体チップを取り囲むので、これは、さらなる保護被覆をなす。

好適な実施形態は、半導体チップが、キャリア基板の下部表面コンタクトへの電気的接続領域において、電気的絶縁性または異方性の導電性ペーストによって被覆され、かつ、接着層は、ペーストによって被覆されない半導体チップの領域を被覆する。コンタクトホールラインにおける空間に対する、および、チップカードの外側の環境に対する内部キャビティのボリュームの外側キャビティの底面上で生じるシーリングに基づいて、内側キャビティのボリュームは雰囲気的に遮断される。しかしながら、この場合、チップカードボディの強い機械的付加に基づいて、漏出に至り、従って、水分が内部キャビティに侵入するので、ペーストは、半導体チップと下部表面コンタクトとの間の電気的接続がを保護する。このために、さらに、異方性導電性ペースト、または異方性導電性接着剤も用いられ得る。

第２のキャビティの外側で側方に伸びるコンタクトホールラインが第１のキャビティの領域に配置された場合、コンタクトホールラインは、第１のキャビティの底面に合流し、ここで、コンタクトホールラインは、自動的に密閉される。コンタクトホールラインのこれらの位置に基づいて、半導体チップを保護するためにコンタクトホールラインのために被覆を付与する必要がもはやない。なぜなら、これらは、第２のキャビティの内部につながることがないからである。このようにして生成されたチップカードは、低コストで製造され、かつ、外部の雰囲気的影響から半導体チップを保護し、これにより、半導体チップに有害な微小雰囲気が生じ得ない。

好適には、コンタクトホールラインは、接着層によって密閉される。この場合、コンタクトホールラインは、キャリア基板を保持する、チップカードボディの第１の外側キャビティに設けられた接着層の底部で終端する。外側キャビティの底面を被覆する接着層は、キャリア基板の下部のエッジを被覆し、これにより、同時に、キャリア基板のエッジに設けられたコンタクトホールラインの下部開口部を被覆する。

あるいは、コンタクトホールラインは、接着層の凹部に合流し、かつ、接着層は、この凹部によって形成された空間を包囲およびシールする。この場合、チップカードボディの接着層において、凹部が提供され、キャリア基板のコンタクトホールラインと同じ長手方向の位置に設けられる。コンタクトホールラインの下部開口部は、接着層と直接接触せず、その代わりに、これらは、チップカードボディの外側キャビティの底面から、接着層の厚さの分だけ間隔を置く。これは、下部表面コンタクトの表面が、例えば、コンタクトホールラインの開口部が環状の隆起によって包囲された場合に、下部表面コンタクトの上面が、コンタクトホールラインの生成に基づいて、わずかに隆起した場合に有利であり得る。コンタクトホールラインの終端部が、空間に合流するので、このタイプの隆起は、外側キャビティの底部と直接接触せず、従って、キャリア基板と接着層との間の接触を妨げない。

キャリア基板の下部表面コンタクトが、第１のキャビティの底面の内部エッジを越えて、第２のキャビティ内の半導体チップの上にまで伸びることは望ましい。この場合、半導体チップの接続は、垂直に、すなわち、キャリア基板の下部にコンタクト表面が長手方向に伸びるチップカードボディの表面に対して直角に指すコンタクトピンであり得る。これらのコンタクトピンの領域に設けられる下部表面コンタクトの内部端部は、通常、大きめの寸法が与えられ、横方向にわずかにずれた場合でも、半導体チップと確実に接触する。

好適な実施形態によると、半導体チップは、フリップチップ法を用いてキャリア基板の下部表面コンタクトにボンディングされる。フリップチップ法において、半導体チップは、１８０°回転された、すなわち、上下逆にされたキャリア基板に接続されたチップカードボディに嵌合される。この場合、接触する半導体チップの上面が、第２の内側キャビティの底部と対面し、かつ、この電気的接触を備えないカード下部からこの底部によって保護される。

接着層のために用いられる材料に関して、好適な実施形態によると、接着層は、高温でのみ粘着性になる材料か、または、硬化した液体接着剤、好適には、硬化したシアノアクリレートから形成される。高温でのみ粘着性になる材料を含む接着層は、低温の、まだ粘着性でない状態の場合に、接着層に凹部を刻印することが容易であり、この凹部の中に、コンタクトホールラインの下端部が実質的に合流する。対照的に、液体接着剤を用いて、コンタクトホールラインの内部が部分的に充填され、これにより、より大きいシーリング領域が達成され得ることも可能である。

本発明により設計されるチップカードは、好適には、モバイル無線カードである。

本発明は、以下において、図１および図２を用いて説明される。

図１は、軟性または剛性プラスチックからなり得るチップカードボディ１を断面図で示す。チップカードの厚さは、図１に示されるチップカードボディ１の高さに対応する。チップカードボディ１は、外側キャビティ１０を有し、この外側キャビティは、長手方向、すなわち、チップカード表面と平行に、外側キャビティの底部１５で凹部をなす（ｒｅｃｅｓｓｅｄ）さらなるキャビティ２０よりも大きい断面を有する。外側キャビティ１０は、長手方向に左右に、ならびに、図面の紙面に対して直角に上方および下方へと内側キャビティ２０を越えて伸び、これにより、底面１５は、内側キャビティの断面を包囲する。外側キャビティ１０にはキャリア基板２が位置する。内側キャビティには、電気的接続９によってキャリア基板２に接続された半導体チップ３がある。キャリア基板２は、接着層７を介して外側キャビティ１０の底面１５上に位置し、このようにして、チップカードボディ１に固定される。キャリア基板２は、最初、可撓性であり得、チップカードボディ１と直接接触することなく、半導体チップ３をサポートするために用いられ、次に、チップカードを読み出すために、半導体チップ３と電気的に接触するために用いられる。このために、複数のコンタクト４がキャリア基板の上面１１上に設けられる。その下面１２上にキャリア基板２は、上部表面コンタクト４とは異なった断面積を有する、さらなる表面コンタクト５を有する。これらは、特に、キャリア基板の中心に向かって、上部表面コンタクト４よりも長く伸びる。キャリア基板２は、上面１１および下面１２の中心において、アイランドとして知られる、コンタクトのような表面を有し得、これらは、それ自体、半導体基板と接触するためには用いられない。半導体チップ３は、電気的接続９によってキャリア基板２の下面１２上の表面コンタクト５に接続される。半導体チップの上面１１上の下部表面コンタクト５と、表面コンタクト４との間の電気的接続は、ビアとして知られるものによって生成され、ここに、チップカードを読み出すためのカードＡＴＭのコンタクトが配置される。図１に示されるように、ビアは、上面１１を下面１２に接続するキャリア基板２の表面におけるホールである。図１において、対応するビア６は、上部表面コンタクト４および下部表面コンタクト５を通って伸びる。このビアは、コンタクト領域内またはエッジにてこれらのコンタクトを通過し得る。図１に示される領域は、４および５によって示され、かつ、ビア６によって分離され、各場合について、同じ表面コンタクトの部分を示し、これにより、図１全体において、各場合について、２つの上部表面コンタクト４および２つの下部表面コンタクト５を示す。

ビアは、キャリア基板２の材料において中空の通路を形成し、この通路を通って、外部の空気がチップカードの内部に浸透する。ビア６の壁１６は、これらが導電性になるように処理される。これらは、壁のような導電性材料の被覆を有し、中空円筒の形態に形成される。被覆層が伝導性であるために、ビアは、コンタクトホールライン６を表す。コンタクトホールライン６の内部は、中空であり、かつ、コンタクトホールライン６がキャリア基板２の少なくとも一方の側が被覆されていない場合、周囲空気と、カードハウジング２の内部のボリュームとの間での雰囲気的交換を可能にする。

コンタクトホールライン６は、必ずしも表面コンタクトの断面積内に完全に位置する必要はなく、これらは、同様に、表面コンタクト４または５のエッジ、例えば、キャリア基板２のエッジに設けられてもよい。

内側キャビティ２０に設けられた半導体チップ３は、電気的接続９、下部表面コンタクト５およびコンタクトホールライン６によってキャリア基板２の上部表面コンタクト４に接続される。上部表面コンタクト４は、内側キャビティ２０の上にまで伸びるので、コンタクトホールライン６は、断面積内、すなわち、図１における内側キャビティ２０の幅の範囲内に設けられ得る。この場合、下部表面コンタクト５は、コンタクトホールライン６と、半導体チップ３の電気的接続９との間に短い長手方向の距離をつなぐことだけを必要とする。このタイプのコンタクトホールライン６の構成において、外部空気は、内側キャビティ２０の中へと通り得、従って、半導体チップ３にとって有害である微小雰囲気を生成する。特に、空気中に存在する水分および汚染物質は、半導体チップのハウジング材料３を通って拡散し、コンタクトホールラインが埋められるか、または被覆されない場合、この半導体チップのハウジング材料を損なう。

両側に表面コンタクトが提供されるキャリア基板を有する従来のチップカードは、ブラインドビア（ｂｌｉｎｄ ｖｉａｓ）として知られるものを有する。これらは、コンタクトホールライン６が形成された後に付与された表面コンタクト４によってキャリア基板の上面１１が被覆および密封される。従って、これらのコンタクトホールラインは、金属表面コンタクト４の上面まで、すなわち、キャリア基板２の上面の最上部のすぐ下にまでしか伸びない。従って、コンタクトホールラインが生成された後、上部コンタクト表面４が付与される必要がある。これは、キャリア基板の、従って、チップカードの製造をより高価にする。

本発明により、コンタクトホールライン６は、内側キャビティ２０の外側に長手方向に伸びる外側キャビティ１０の領域に設けられ、これにより、コンタクトホールライン６は、内側キャビティ２０に対して側方にずれて、外側キャビティの底面１５に合流し、ここで、これらのラインは被覆され、そのために、専用のさらなる手段は必要とされない。このようにして、本発明によるチップカードは、半導体チップ３を有害な微小雰囲気から保護し、さらに、低コストで製造され得る。

コンタクトホール６は、その下端部にて、種々の方法で密封され得る。図１は、これに関連する２つの好適な実施形態を示す。図１の右側に示されるビア６は、接着層７によって密封され、この接着層により、キャリア基板２は、チップカードボディ１における外側キャビティ１０の底部１５に固定される。図１の左側に示されるビア６は、代替的実施形態によると、接着層７における凹部８によって包囲される。接着層７は、すべての側から外側キャビティ１０の底面１５の平面における凹部８によって形成された空間を包囲し、かつ、この平面における空間のすべての側をシールする。従って、ビア６を通じて空間８の中に通された外部空気は、内側キャビティ２０の領域の中に浸透し得ない。半導体チップ３は、電気的接続９により、キャリア基板２の下部表面コンタクト５に接続される。半導体チップ３上に取り付けられた接続９（バンプ）は、コンタクト５に接着され得るか、または、ペースト１３が示されるようにコンタクト５に付与された場合、さらに、ペースト１３が凝固し、チップコンタクト９を表面コンタクト５上に安全かつ永久的に保持するまで、半導体チップ３がキャリア基板２に押し付けられた結果として、これらのコンタクトに電気的に接続され得る。半導体チップ３が押し付けられる前に、ペースト１３が、すでに、表面コンタクト５に付与されていてもよく、この場合、沈められたコンタクト９がペースト１３を通って押し付けられる。

フリップチップ法を用いて、すなわち、キャリア基板２上に上下逆に固定される半導体チップ３、および基板２が共にチップカードのモジュールを形成する。キャリア基板２は、好適には、ベース材料を含む可撓性プリント回路であり、その両側１１、１２に表面コンタクト４、５が付与される。ベース材料および両側の表面コンタクトから形成された多層基板は、コンタクトホールライン６によって完全に貫かれ、これにより、キャリア基板２は、それ自体は、水分が内側キャビティ２０に浸透することを防止し得ず、従って、チップが落下することを防止し得ない。

例えば、高温で粘着性になるポリマー（ホットメルト）を含み得る層７は、カードモジュール２、３をチップカードボディ１に固定するために用いられる。例えば、シアノアクリレート等の液体ホットメルト接着剤、または代替的に急速硬化ポリマーを用いることも可能である。

本発明によると、接着層７は、図１において連続的形状で示され、すなわち、これも、内側キャビティ２０に伸び、ここで、接着層は、半導体チップ３を下から包囲する。これにより、チップ３がさらに保護され、これにより、半導体チップが、第２のキャビティに含まれる空気ボリュームの大部分から遮断される。従って、有害な微小雰囲気は、半導体チップへの影響が、実質的に、従来のチップカードよりも著しく少ない程度で半導体チップに影響を及ぼし得るにすぎない。さらに、達成されたシールディングは、低コストで製造される。

図２は、本発明によるチップカードの一部分の図を示す。チップカードボディ１に配置された外側キャビティ１０において、依然として、チップカードボディ１の深さまでさらに延びている内側キャビティ２０があり、ここに半導体チップ３が配置される。キャリア基板２は、内側キャビティ２０を越えて長手方向に伸びる上部キャビティ１０に配置される。斜線で示され、かつ、長手方向に内側キャビティ２０（破線で記される）の断面の外側に配置される外側キャビティ１０の領域にのみ配置される接着層７は、キャリア基板２の上面と外側キャビティ１０の底面との間に配置される。

図２におけるキャリア基板２の右側に示されるコンタクトホールライン６は、この接着層に合流し、これにより密閉される。代替的実施形態において、コンタクトホールライン６は、接着層７における凹部８に合流し得、この場合もまた、完全なシーリングが達成される。なぜなら、第１のキャビティ１０の底面の平面において、接着層７がすべての側から凹部８を包囲し、これをすべての側でシールする。さらに、接着層７、第１の外側キャビティ１０の底面のように、内側キャビティ２０をすべての側から包囲し、これにより、周囲空気の雰囲気的交換を回避する。

図１は、本発明によるチップカードの断面図を示す。 図２は、本発明によるチップカードの上面部分の平面図を示す。

符号の説明

１ チップカードボディ
２ キャリア基板
３ 半導体チップ
４ 上部表面コンタクト
５ 下部表面コンタクト
６ コンタクトホールライン（ビア）
７ 接着層
８ 凹部
９ チップコンタクト（バンプ）
１０ 第１のキャビティ
１１ キャリア基板の上面
１２ キャリア基板の下面
１３ ペースト
１５ 第１のキャビティの底面
２０ 第２のキャビティ

Claims (8)

1. チップカードボディ（１）と、
   半導体チップ（３）と、
   該チップカードボディ（１）に固定されたキャリア基板（２）であって、半導体チップ（３）が電気的および機械的に接続されたキャリア基板（２）と
   を有するチップカードであって、
   該チップカードボディ（１）は、第１のキャビティ（１０）と第２のキャビティ（２０）とを有し、該第２のキャビティ（２０）は、該第１のキャビティ（１０）の底部で凹部をなし、これにより、該第１のキャビティ（１０）は、該第２のキャビティ（２０）を越えて側方に延びており、該第１のキャビティ（１０）の底面（１５）は、該第２のキャビティ（２０）を包囲し、
   該キャリア基板（２）は、該第１のキャビティ（１０）に設けられており、該キャリア基板（２）は、その上面（１１）に該チップカードを読み出すための上部表面コンタクト（４）を有し、かつ、その下面（１２）に下部表面コンタクト（５）を有し、該上部表面コンタクトおよび該下部表面コンタクトは、該キャリア基板を通って走るコンタクトホールライン（６）によって互いに電気的に接続されており、
   該半導体チップ（３）は、該キャリア基板（２）に面する第１の主面と該第１の主面とは反対の方向に面する第２の主面とを含み、該半導体チップ（３）は、電気的接続（９）によって該キャリア基板（２）の該下部表面コンタクト（５）に接続されており、
   該コンタクトホールライン（６）は、該下部表面コンタクト（５）および該上部表面コンタクト（５）の両方を通過し、かつ、該第２のキャビティ（２０）の外側に側方に延びている該第１のキャビティ（１０）の領域に設けられており、該コンタクトホールライン（６）は、該第１のキャビティ（１０）の底部にて被覆されており、
   該キャリア基板（２）は、その下面（１２）にて、接着層（７）によって該第１のキャビティ（１０）の該底面（１５）に固定されており、該接着層は、該第１のキャビティ（１０）の該底部から該第２のキャビティ（２０）の内部に延びており、かつ、該半導体チップ（３）の領域に接触し、
   該接着層（７）は、該第２のキャビティ（２０）において該半導体チップ（３）を下から包囲し、該接着層（７）は、該半導体チップ（３）の該第２の主面全体と接触し、
   該半導体チップ（３）の該第１の主面は、該キャリア基板（２）の該下部表面コンタクト（５）との電気的接続（９）の領域において、電気的絶縁性または異方性導電性ペースト（１３）によって被覆されており、該接着層（７）は、該ペースト（１３）によって被覆されない該半導体チップ（３）の領域を被覆することを特徴とする、チップカード。
2. 前記コンタクトホールライン（６）は、前記接着層（７）によって密閉されることを特徴とする、請求項１に記載のチップカード。
3. 前記コンタクトホールライン（６）は、前記接着層（７）の凹部（８）と合流し、該接着層（７）は、該凹部（８）によって形成された空間を包囲し、かつ、シールすることを特徴とする、請求項１に記載のチップカード。
4. 前記キャリア基板（２）の前記下部表面コンタクト（６）は、前記第１のキャビティ（１０）の前記底面（１５）の内部エッジを越えて、前記第２のキャビティ（２０）内の前記半導体チップ（３）の上にまで延びていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のチップカード。
5. 前記半導体チップ（３）は、フリップチップ法を用いて、前記キャリア基板（２）の前記下部表面コンタクト（５）に接着されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のチップカード。
6. 前記接着層（７）は、高温でのみ粘着性になる材料から形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のチップカード。
7. 前記接着層（７）は、硬化液体接着剤、好適には、硬化シアノアクリレートから形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のチップカード。
8. 前記チップカードは、モバイル通信カードであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のチップカード。

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