專利名稱：芯片模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是在一個芯片卡的卡片基體中安裝的芯片模塊。
在先有技術(shù)中對芯片模塊的了解已很多了。芯片卡的應(yīng)用可能性是十分多樣的，并且隨計(jì)算容量和可使用的包含在其中的集成化電路的存儲容量的升高而增多，然而也因此出現(xiàn)了必須安裝的集成電路(電子元件、芯片)的增多。
通過多個特征確定芯片卡的構(gòu)造，一部分特征是通過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)先確定的。例如，這涉及了關(guān)于紫外線、X射線的卡片負(fù)載能力，以及卡片體和電氣接點(diǎn)的機(jī)械負(fù)載能力，或者涉及了熱穩(wěn)定性。
在大多數(shù)的芯片卡生產(chǎn)過程中，首先將芯片安裝在可彎曲的薄膜上。在此薄膜上存在必要的卡片觸點(diǎn)。然后由已安裝完成的薄膜沖壓成單一的芯片模塊。此外，在卡片內(nèi)間接通過模塊的支架加固芯片。這具有防止芯片彎曲的優(yōu)點(diǎn)。此時，芯片以它的背面安裝在可彎曲的薄膜上。存在于它正面的電氣連接面通過壓焊導(dǎo)線與觸點(diǎn)區(qū)連接，該觸點(diǎn)區(qū)穿過可彎曲的薄膜與卡片觸點(diǎn)連接。包括上述導(dǎo)線在內(nèi)的芯片正面，在一般情況下，用一保護(hù)層，例如塑料殼防止腐蝕效應(yīng)。上述結(jié)構(gòu)是用標(biāo)準(zhǔn)外殼包裝芯片的通常方法的一部分。
按照現(xiàn)有技術(shù)，通過三個基本工藝安裝帶有觸點(diǎn)的芯片卡的芯片模塊a)最新氰制冷(cyanacrylat)粘貼技術(shù)b)熱-熔化粘貼技術(shù)c)接觸-粘著粘貼技術(shù)上述c)技術(shù)也稱作壓力傳感粘貼。對此，通過機(jī)械壓力在粘接層中產(chǎn)生的剪應(yīng)力導(dǎo)致粘接劑的粘滯度降低，該粘接劑產(chǎn)生或改善了連接元件，例如卡片基體的物理接觸。單層的熱-熔化粘貼技術(shù)的實(shí)施例提供在德國公開文本DE36 39 630中。多層的最新氰制冷粘貼技術(shù)實(shí)施例提供在歐洲專利EP0 527 438中。
對于芯片卡的疲勞強(qiáng)度來說，在芯片模塊和卡片體之間的連接質(zhì)量是起決定性的。例如，如果把芯片模塊置入一個在卡片體中銑出的凹處中并在那粘貼，例如如果使用了熱-熔化粘接劑，因此這可以基本借助溫度負(fù)載連結(jié)。
對于芯片模塊，理解成一芯片支架，在觸點(diǎn)一面上它有8個觸點(diǎn)。在對面上安置一半導(dǎo)體芯片，它存在于芯片卡的這些觸點(diǎn)之間，也就是說側(cè)面看上去，它直接位于對面。在最新氰制冷和接觸-粘著粘貼技術(shù)配合低的過程溫度用于模塊安裝時，而熱-熔化粘貼技術(shù)的重要特征是相對高的安裝溫度。通常溫度在200℃至250℃范圍內(nèi)。在持續(xù)不到1.5秒的芯片植入期間，在這個方法中高的熱能饋入芯片模塊中。此外，不僅加熱粘接劑層，它使芯片和卡片基體相連接，而且加熱芯片支架元件、半導(dǎo)體芯片和覆蓋物。與此同時考慮芯片模塊的結(jié)構(gòu)包含的由不同原料形成的多個構(gòu)件。因此，使用可彎曲的薄膜、支架可以包括環(huán)氧樹脂。在一面上所具有的觸點(diǎn)是由金屬組成的，半導(dǎo)體芯片由晶體組成，例如硅，壓焊導(dǎo)線由金屬組成，預(yù)先規(guī)定于芯片正面的覆蓋物由塑料組成。如果這個裝置承受較大的溫度變化，那么，結(jié)果是所謂的分層，也就是說相互之間的層分開。在上述方法的芯片模塊中，在芯片和支架之間的連接，一般情況是粘接，是不加苛求的?？墒窃谀K較長的儲存時間和運(yùn)輸時間之后，所說的裝置的短時加熱導(dǎo)致在覆蓋物中局部的損壞，它被稱作分層。在芯片和覆蓋物之間的分層可能導(dǎo)致功能缺陷或芯片模塊脫落。原因在于，在這個范圍內(nèi)分層伴隨著導(dǎo)電體的中斷，導(dǎo)電體也就是壓焊導(dǎo)線，通過它芯片與外部觸點(diǎn)連接。在卡片體中用于粘貼芯片模塊的上述熱-熔化方法兼有一相應(yīng)的芯片模塊的高熱負(fù)荷。
在紫外線光的情況下硬化的覆蓋物特別容易分層。對此，原因是在芯片模塊的整個裝置中的熱感應(yīng)產(chǎn)生的壓力。這個壓力存在是因?yàn)樵诎雽?dǎo)體芯片、芯片支架元件和覆蓋物之間的熱膨脹失調(diào)。與此有關(guān)的熱膨脹系數(shù)在相同的溫度范圍內(nèi)是2.5∶10∶18。分層產(chǎn)生的概率伴隨著半導(dǎo)體芯片的擴(kuò)大，與運(yùn)輸時間和存放時間的增加而升高。在上述時間中，覆蓋物從大氣中吸收水分，它導(dǎo)致材料膨脹，也稱作泡脹。覆蓋物的泡脹和當(dāng)在卡片基體中安裝時模塊的短時強(qiáng)熱是在安裝后造成高廢品率的原因。這特別是在這樣的芯片模塊上的情況，該芯片模塊具有較大面積的芯片。這樣的芯片稱作微控制器和/或密碼控制器。
消除了先有技術(shù)水平的缺點(diǎn)的到目前為止的措施在于發(fā)展、選擇、試驗(yàn)覆蓋物，它具有較小的水分吸收，以及在措施中它導(dǎo)致了覆蓋物的粘著力的增強(qiáng)，例如芯片支架上表面較高的粗糙度。例如如此使用覆蓋物，其具有增附劑(硅烷/硅氧烷為基礎(chǔ))。
本發(fā)明的目的在于，提供一個安裝在芯片卡中的芯片模塊，在這個芯片模塊上，在芯片模塊和卡片體之間的連接方法，阻止了覆蓋物和具有為此而產(chǎn)生的芯片模塊的功能損失的電子元件之間的分層。
這個目的是通過具有權(quán)利要求1或4的特征的芯片模塊實(shí)現(xiàn)的。
為了在芯片卡的卡片體中安裝一個芯片模塊，在不同的方法中，必須從外部引入一確定的熱量。這是通過外部的，例如在一立柱中產(chǎn)生的熱量實(shí)現(xiàn)的，通過把立柱放置到芯片模塊上熱量被傳導(dǎo)進(jìn)芯片模塊。在這個位置或平面上，引進(jìn)的熱量使溫度升高而達(dá)到此目的，即在它上面例如產(chǎn)生了在芯片模塊的支架和卡片體之間的粘貼連接。傳導(dǎo)到芯片模塊其它范圍內(nèi)的熱量應(yīng)當(dāng)被減小到最低限度。由于在粘貼連接產(chǎn)生的情況下，把散發(fā)熱量的空心立柱放置在觸點(diǎn)上，該觸點(diǎn)布置在可彎曲的薄膜上，以此熱量饋入芯片模塊中，可是不可能阻止主要的熱量向芯片的方向傳導(dǎo)。由于覆蓋物的傳熱性能較小，該覆蓋物同樣與可彎曲的支架薄膜接觸，大部分被引入的熱量從可彎曲的支架薄膜通過粘接劑層進(jìn)入芯片。這不僅導(dǎo)致了芯片發(fā)熱，而且導(dǎo)致了在芯片和覆蓋物之間的觸點(diǎn)區(qū)域的分層。
為了防止這些缺陷，在粘接劑層和芯片之間引進(jìn)一絕熱層。本目的的其它解決方法提供在金屬觸點(diǎn)之間的可選空隙，在觸點(diǎn)上放上用于導(dǎo)熱的空心立柱。在芯片和粘接劑層之間絕熱層的使用防止在模塊內(nèi)部向芯片方向傳熱，絕熱層使芯片和模塊連接起來，因此，在金屬觸點(diǎn)中的空隙防止了側(cè)面的，也就是在金屬觸點(diǎn)表面上的導(dǎo)熱。當(dāng)在芯片模塊的外部范圍內(nèi)把近似環(huán)形的空心立柱放在金屬觸點(diǎn)上之后，在芯片模塊的支架的相對面上的芯片差不多同心地安置在金屬觸點(diǎn)上，芯片也位于內(nèi)部范圍，相關(guān)地考慮空心立柱。明顯地以此為出發(fā)點(diǎn)，垂直穿過平面構(gòu)成的模塊的熱流要求用于產(chǎn)生熱-熔化粘貼。在金屬觸點(diǎn)范圍內(nèi)的空隙是如此安放的，在導(dǎo)電觸點(diǎn)內(nèi)部傳導(dǎo)的熱進(jìn)入內(nèi)部并平行引到平面構(gòu)成的模塊，禁止通過已引入的空隙。因此，在短暫的熱-熔化安裝期間，通過有益的措施阻止了芯片模塊透熱。因此在相應(yīng)的方向上部分地中斷金屬觸點(diǎn)層，該觸點(diǎn)具有良好的導(dǎo)熱性能。在芯片模塊內(nèi)側(cè)存在的環(huán)氧-玻璃纖維連接層具有低了幾個數(shù)量級的熱傳導(dǎo)性能，因此，關(guān)于上面所述的目標(biāo)的確定，這層沒有意義。空隙一般情況下是長形孔，這是為了在空心立柱的輪廓內(nèi)部制造一相應(yīng)寬的熱屏障。
有利的實(shí)施形式在從屬權(quán)利要求中給出。
下面根據(jù)簡圖說明各實(shí)施例。


圖1所示為在一個卡片體內(nèi)安裝一芯片模塊時空心立柱的相應(yīng)定位的截面剖視圖，圖2所示為根據(jù)圖1在可彎曲的支架薄膜和芯片之間附加的絕熱層的描述，圖3所示為芯片模塊的剖視圖，在金屬觸點(diǎn)10的表層的范圍內(nèi)存在空隙11，圖4所示為金屬觸點(diǎn)上的平面圖，表明了空隙和芯片的輪廓。
借助本發(fā)明，當(dāng)在卡片體中安裝具有金小島(Goldinsel)的模塊時，在熱-熔化安裝過程中可以避免芯片范圍內(nèi)覆蓋物的分層。在熱-熔化安裝過程中，借助于空心立柱1，它具有例如200℃的相對高溫，在力的作用下通過相應(yīng)的時間調(diào)整，芯片模塊根據(jù)圖1粘貼在卡片體上。在此，圖1詳細(xì)指出了空心立柱，它被放在芯片模塊的可彎曲的支架紐帶2上。因?yàn)槌獾拿黠@金屬觸點(diǎn)定位在這個位置，所以空心立柱1放在這上面。朝里，芯片模塊具有一粘接劑層8，借助它芯片3定位在支架紐帶2上并可彎曲。加固框架4同樣安排在支架紐帶2上并且圍繞芯片。覆蓋物51保護(hù)芯片3，并保護(hù)由于腐蝕與外部機(jī)械的影響而引到觸點(diǎn)的芯片的電連接。借助熱-熔化粘接劑6芯片模塊粘貼在卡片體7內(nèi)。
為了消除存在于圖1中的可能性，即主要的熱能從空心立柱1通過支架紐帶2和粘接劑8直接流入芯片3中，在與圖1相符的圖2的說明中附加引入一絕熱層9。因此防止了芯片(例如硅)、覆蓋物和可彎曲的支架紐帶的不同的熱膨脹系數(shù)的影響，也防止了在高溫情況下通過強(qiáng)大的熱力學(xué)的動力產(chǎn)生的損壞。當(dāng)高溫被引入整個系統(tǒng)時，例如在芯片模塊的安裝過程中產(chǎn)生這個力。這可能導(dǎo)致分層。此時覆蓋物可能與芯片脫離，例如通過在芯片和外部觸點(diǎn)間的導(dǎo)電體的損壞造成模塊的功能下降。
通過在芯片背面上疊放一聚酰亞胺層，可以消除分層的出現(xiàn)。聚酰亞胺具有低的導(dǎo)熱系數(shù)，因此聚酰亞胺可以作為熱屏障使用。因此，芯片3和覆蓋物5之間的熱力學(xué)力減小了。在這期間，為了產(chǎn)生連接，用于粘貼所必需的加熱立柱1的熱量流入熱-熔化粘接劑6。在晶片加工中聚酰亞胺疊放在圓片背面。聚酰亞胺的熱導(dǎo)率如此小，以致僅10μm厚的聚酰亞胺層就足夠用了，正如初步實(shí)驗(yàn)表明的。
根據(jù)表明熱導(dǎo)率的材料參數(shù)，絕熱層9有利地是聚酰亞胺層?？墒牵褂闷渌臒峤^緣體完全是可能的。由于在晶體加工中聚酰亞胺可以簡單的方式疊放在晶片的背面，因此這個材料的選擇是非常有利的。
圖3中描述的是一芯片模塊，并連接一已放上的空心立柱1。支架紐帶2在一面上具有金屬觸點(diǎn)10，此外，對面大約中心位置安置了芯片3。覆蓋物52保護(hù)芯片3的作用面以及它的與金屬觸點(diǎn)10的結(jié)合處。借助于空隙11，阻止側(cè)面的圖中所指一側(cè)的熱流從空心立柱1進(jìn)入芯片方向是顯而易見的。且不妨礙在截面中從上向下對準(zhǔn)的空心立柱1的熱流通過金屬觸點(diǎn)10并且通過支架紐帶2。
圖4描述了芯片卡的當(dāng)時普遍的觸點(diǎn)。金屬觸點(diǎn)10主要被安置在兩個與芯片3相對的排上。芯片輪廓12表明了芯片3的中心位置?？招牧⒅?的內(nèi)輪廓13和空心立柱1的外輪廓14形成了同心交錯存在的矩形。形成為長孔的空隙在這個位置，在這個位置總歸不能預(yù)先規(guī)定在金屬層中存在于單個金屬觸點(diǎn)10的周圍的斷路，防止了熱量流向內(nèi)部，也就是朝著芯片3的方向。芯片安裝在空隙11的對面。
本發(fā)明不僅應(yīng)用于具有金小島的模塊，也應(yīng)用于不具有這樣金小島的其它模塊。
權(quán)利要求
1.在一個芯片卡的卡片基體(7)中安裝的芯片模塊，包括—一個可彎曲的支架紐帶(2)，—在支架紐帶(2)的一面上帶有的平面的金屬觸點(diǎn)(10)，—至少一個位于支架紐帶(2)的與觸點(diǎn)相對的面上的電子元件(3)，它與觸點(diǎn)電連接，—在支架紐帶(2)上的一個預(yù)先確定的平面，通過它芯片模塊可以與卡片基體(7)相連接，其中，在電子元件(3)和支架紐帶(2)之間存在一絕熱層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的芯片模塊，其中，該絕熱層(9)由聚酰亞胺組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的芯片模塊，其中，該聚酰亞胺層有10μm厚。
4.在一個芯片卡的卡片基體(7)中安裝的芯片模塊，包括—一個可彎曲的支架紐帶(2)，—在支架紐帶(2)的一面上帶有平面的金屬觸點(diǎn)(10)，—至少一個位于支架紐帶(2)的與觸點(diǎn)相對的面上的電子元件(3)，它與觸點(diǎn)電連接，—在支架紐帶(2)上的一個預(yù)先確定的平面，通過它芯片模塊可以與卡片基體(7)相連接，其中，在金屬觸點(diǎn)(10)的表面范圍內(nèi)含有空隙(11)，它阻止了安放在金屬觸點(diǎn)(10)的外部范圍的環(huán)形空心立柱(1)的熱量流向安裝在中心的電子元件(3)的方向。
全文摘要
為了避免在熱－熔化構(gòu)成方法中在覆蓋物和芯片之間分層,建議針對在芯片模塊中從外部饋入的熱流進(jìn)行控制。根據(jù)本發(fā)明,這或者通過絕熱層(9),它置放在芯片模塊的可彎曲的支架紐帶(2)和粘貼在此上的芯片(3)之間,或者通過在金屬觸點(diǎn)(10)的平面或表層范圍內(nèi)的空隙(11)實(shí)現(xiàn),因此阻止了安放在金屬觸點(diǎn)(10)外部范圍內(nèi)的空心立柱(10)的熱量流向安裝在中心的芯片(3)的方向。
文檔編號B42D15/10GK1198229SQ96197239
公開日1998年11月4日 申請日期1996年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月27日
發(fā)明者D·豪德奧, J·基爾施鮑爾, H·G·門施, P·斯塔姆卡, H·H·斯特克漢 申請人:西門子公司