МОДУЛЬ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ Российский патент 2001 года по МПК G06K19/77 

Изобретение относится к модулю интегральной схемы согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, причем модуль интегральной схемы должен встраиваться в карту для получения карты со встроенной интегральной схемой.

Возможности применения карт со встроенной интегральной схемой, выполненных, как правило, в формате кредитных карт, вследствие высокой функциональной гибкости стали чрезвычайно многообразными и с увеличением вычислительной мощности и емкости памяти имеющихся в распоряжении интегральных схем еще больше увеличиваются. Наряду с типичными в настоящее время областями применения таких карт со встроенной интегральной схемой в виде карт страхования на случай болезни, карт регистрации скользящего графика работы, телефонных карт, в будущем последуют применения, в частности в электронной системе расчетов, при контроле доступа к ЭВМ, при защищенных банках данных и тому подобном. Сегодня существуют различные возможности изготовления карт со встроенной интегральной схемой. В большинстве случаев собственно полупроводниковый кристалл (чип) монтируют вначале на модуль карты, который содержит также в большинстве случаев золоченые контакты карты. Обычно модули карты со встроенной интегральной схемой изготавливают на бесконечной ленте или соответственно бесконечном основном носителе, затем отдельные модули карты со встроенной интегральной схемой выштамповывают и вводят в карты со встроенной интегральной схемой. При таком методе не происходит прямого крепления интегральной схемы в карте, что имеет преимуществом, что в основном избегаются изгибающие воздействия на интегральную схему, которые могут возникнуть при механической нагрузке на карту со встроенной интегральной схемой.

При изготовлении модулей для карт со встроенной интегральной схемой в настоящее время используют чаще всего так называемый метод присоединения проволочных проводов, который лежит также в основе изготовления соответствующего изобретению модуля и который стал известен, например из FR 2684236 A1, DE 4232625 A1, GB 2149209 A и DE 3809005 A1. При этом выводы кристалла, несущего собственно электронную схему полупроводникового кристалла (чипа), соединены тонкими гибкими проволочными выводами с отдельными контактными элементами контактного слоя. Для защиты от воздействий окружающей среды полупроводниковый кристалл и гибкие проволочные выводы покрывают заливочной массой.

Преимущество этого способа изготовления лежит в том, что он в значительной степени придерживается обычного в полупроводниковой промышленности способа для упаковки кристаллов в стандартные корпуса, и за счет этого является более экономичным.

Недостаток этого способа заключается в основном в том, что как конструктивная высота, так и длина и ширина модуля получаются значительно большими, чем, например, в случае так называемого способа АСНЛ (автоматизированной сборки ИС на гибком ленточном носителе), при котором контактные площадки полупроводникового кристалла снабжены нанесенными гальваническим путем металлическими столбиковыми выводами, которые служат для непосредственного крепления электрически проводящих контактных площадок за счет паяного соединения, и таким образом покрытия гибких проволочных выводов не требуется.

Для встраивания модуля интегральной схемы в карту в настоящее время в основном зарекомендовали себя три различных способа: способ ламинирования, вставления во выфрезерованные полости, а также монтажа в изготовленные литьем под давлением готовые карты. Во всех способах встраивания у изготовителя карт существует проблема необходимости вставлять в карты модули интегральных схем с различными конструктивными размерами, которые результируются из различных площадей примененного полупроводникового кристалла. Результирующееся многообразие модулей вследствие различных площадей кристалла обычно между 1 мм² и до 20 мм² приводит также у изготовителя модулей к повышенным материальным затратам вследствие уменьшенного сдаваемого количества на вариант модуля и к повышенном затратам на организацию производства. У изготовителя карт вследствие различных типов модулей получаются различные размеры полостей в карте для встраивания модуля и вследствие этого повышенные инструментальные или, соответственно, технологические расходы.

Из EP-A-0676716 известен модуль интегральной схемы согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, при котором между внешним покровным слоем карты со встроенной интегральной схемой и контактными элементами предусмотрена изолирующая пленка с отверстиями для микросварки, количество которых соответствует количеству контактных элементов. С такой компоновкой однако не является возможным, монтировать полупроводниковые кристаллы (чипы) различного размера без конструктивного изменения модуля интегральной схемы.

В основе изобретения лежит задача предоставить в распоряжение универсально применимый модуль интегральной схемы для встраивания в любое устройство с полупроводниковыми кристаллами, в частности в карты с встроенными интегральными схемами, который независимо от размера примененного полупроводникового кристалла имеет единый конструктивный размер, причем модуль интегральной схемы может изготавливаться с незначительно более высокими добавочными издержками или затратами.

Эта задача решается за счет модуля интегральной схемы согласно пункту 1 формулы изобретения.

Согласно изобретению предусмотрено, что гибкие проволочные выводы имеют максимальную монтажную длину, и между электрически проводящим контактным слоем и полупроводниковым кристаллом предусмотрена тонкая изолирующая пленка из электрически изолирующего материала, снабженная множеством отверстий для микросварки, количество которых превосходит количество выводов кристалла, в которой отверстия для микросварки относительно их расположения, формы, количества, а также присваивания к определенному контактному элементу контактного слоя выполнены так, что при любом положении и, в частности, любой основной площади закрепленного полупроводникового кристалла контактирование выводов кристалла посредством гибких проволочных выводов с соответствующим контактным элементом контактного слоя может осуществляться с учетом действующих правил монтажа гибких проволочных выводов.

Изобретение позволяет иметь универсально используемый модуль с едиными стандартными внешними размерами, которые являются независимыми от размера примененного полупроводникового кристалла. За счет этого могут быть сэкономлены производственные расходы как на изготовление модуля интегральной схемы, так и на встраивание модуля в карту со встроенной интегральной схемой, и снижены расходы на организацию производства в обеих областях.

Следуя принципу изобретения можно, в частности, предусмотреть, что тонкая изолирующая пленка в местах отверстий для микросварки и/или в месте полупроводникового кристалла, подлежащего закреплению на модуле интегральной схемы, является выштампованной, а в остальном по всей поверхности контактного слоя выполнена приблизительно непрерывно закрытой (сплошной). Соответствующий изобретению модуль интегральной схемы может применяться в случае всех используемых согласно стандарту международной организации по стандартизации ИСО контактных слоев, причем в настоящее время обычным является количество от шести до восьми контактных элементов.

В особенно предпочтительной форме выполнения изобретения предусмотрено, что предусмотренная между электрически проводящим контактным слоем и полупроводниковым кристаллом тонкая изолирующая пленка содержит по меньшей мере два отверстия для микросварки в расчете на присвоенный контактный элемент. При необходимости в зависимости от определенного, как правило, стандартом ИСО расположения и геометрии контактного поля с контактными элементами и в зависимости от действительно примененных типов кристаллов с учетом действующих инструкций по монтажу относительно гибких проволочных выводов, которые предписывают, в частности, максимальную длину гибких проволочных выводов, точная геометрия, расположение и количество отверстий для микросварки для каждого контактного элемента контактной площади может выполняться различно. При этом далее следует учитывать, чтобы при применении клея для крепления полупроводникового кристалла в модуль карты избегался нежелательный выход клея через отверстия для микросварки на обратную сторону присвоенного выводу кристалла контактного элемента, что может достигаться за счет подходящего выполнения и расположения отверстий для микросварки того же самого контактного элемента за счет того, что краевые кромки отверстия для микросварки за счет адгезионного действия действуют для клея известным образом как стоп для течения так, что отдельно предусматриваемый "стоп вытекания" для предотвращения нежелательного выхода клея не требуется.

В предпочтительной форме развития изобретения может быть предусмотрен связанный в частности в краевой области контактного слоя и окружающий полупроводниковый кристалл-носитель из электрически изолирующего материала. Носитель может быть изготовлен, в частности, из стеклоэпоксидного материала, и имеет толщину до порядка 125 мкм. Кроме того, в частности при полупроводниковых кристаллах большой площади и поэтому подверженных опасности разлома, на изолирующей пленке может быть дополнительно нанесена окружающая кристалл рамка для придания жесткости.

По сравнению с примененными толщинами слоя металлического контактного слоя и носителя из электрически изолирующего материала тонкая изолирующая пленка, расположенная между электрически проводящим слоем и полупроводниковым слоем, может иметь значительно меньшие толщины, например явно меньше порядка 30 мкм, пока еще обеспечивается достаточное изолирующее действие изолирующей пленки.

В дальнейшей предпочтительной форме выполнения изобретения соединение полупроводникового кристалла с модулем интегральной схемы происходит при использовании электрически изолирующего клея, за счет чего может предотвращаться, что через слой клея возникает электрическое короткое замыкание через контакты устройства считывания. За счет применения не заполненного Ag изолирующего клея с коэффициентом тепловодности λ порядка 5 Вт/(мК) в соединении с сильно теплоизолирующей тонкой изолирующей пленкой или, соответственно, изолирующим слоем, также без предусматривания островка кристалла может в основном обеспечиваться улучшенная характеристика расслоения относительно так называемого способа горячего приклеивания.

Тонкой изолирующей пленке присуще в первую очередь действие электрически изолирующего слоя между полупроводниковым кристаллом и контактным слоем. Кроме того, в дальнейшей предпочтительной форме выполнения изобретения тонкой изолирующей пленке присуща функция, обеспечивающая соединение между полупроводниковым кристаллом и контактным слоем. При этом тонкая изолирующая пленка должна, во-первых, обеспечивать по возможности на всей площади хорошую адгезию к металлическому контактному слою и, во вторых, на противоположной ему стороне - хорошую адгезию к полупроводниковому кристаллу или, соответственно, к эпоксидной полосе.

Далее клеевое или, соответственно, адгезионное соединение к полупроводниковому кристаллу или, соответственно, к металлическому слою должно изготавливаться посредством тонкой изолирующей пленки быстро и просто и обладать достаточной долгосрочной стабильностью. В предпочтительной форме выполнения изолирующей пленки ей придается действие чувствительного к давлению клейкого слоя так, что созданное во время ламинирования контактного слоя и эпоксидной полосы давление валков создает перпендикулярное к направлению действия силы срезающее усилие в чувствительном к давлению клейком слое или, соответственно, в изолирующей пленке. Клейкий слой в этом направлении предпочтительно за счет соответствующей ориентации молекулярных цепей внутри слоя клея становится микропластичным. Это является достаточным, чтобы создать микродеформацию и тем самым согласование поверхности клейкого слоя к соответствующему партнеру по соединению и тем самым обеспечить достаточную адгезию.

В качестве материалов для такой изолирующей пленки, подходящей в качестве чувствительного к давлению клейкого слоя, являются пригодными, например акрилаты, природные вещества (например, каучуки), силиконы, сополимеры стирола (например, бутадиены), изопрены и тому подобное. При этом действующая в качестве чувствительного к давлению клейкого слоя изолирующая пленка может быть выполнена как однослойной, так и многослойной. При многослойной конструкции средний слой может брать на себя несущую функцию для отдельных клейких слоев. Для среднего слоя для реализации несущей функции являются пригодными, в частности, термопластичные пленки.

Использование тонкой изолирующей пленки также в качестве клейкого слоя для полупроводникового кристалла делает излишним нанесение дополнительного клея для кристалла. В случае таких дополнительных клеев для кристалла, которые, как правило, имеют жидкую или вязкотекучую консистенцию, существует в принципе недостаток, что при неподходящем дозировании или при неравномерностях процесса могут в результате получаться производственные отказы. В случае слишком высокой дозировки наносимого клея для кристалла существует, например, опасность заклеивания некоторых необходимых для контактирования отверстий для микросварки, в результате чего они становятся непригодными, в то время как при слишком малой дозировке клея на тонкой изолирующей пленке происходит недостаточная фиксация кристалла на перфорированной основе. Кроме того, при нанесении жидкого клея для кристалла существует опасность изменения формы и положения необходимых отверстий для микросварки, что опять-таки может приводить к производственным отказам или требует повышенного контроля процесса.

Дальнейшие признаки, преимущества и целесообразности изобретения следуют из последующего описания примеров выполнения с помощью чертежей. Причем фигуры показывают:
фиг.1 - схематический вид модуля интегральной схемы в согласно изобретения с тремя компонентами контактного слоя с контактными элементами, тонкой изолирующей пленкой и носителем из электрически изолирующего материала;
фиг. 2 - схематический вид сверху модуля интегральной схемы согласно примеру выполнения изобретения с полупроводниковым кристаллом малой площади;
фиг. 3 - схематический вид сверху модуля интегральной схемы согласно примеру выполнения изобретения с полупроводниковым кристаллом большой площади.

Представленный на фиг. 1 - 3 модуль интегральной схемы 1 содержит, как правило, имеющий нормированные в соответствии со стандартом ИСО размеры и толщину порядка от 30 мкм до порядка 70 мкм металлический контактный слой 2 с контактными элементами 4, снабженными на передней стороне контактными площадками 3, и подлежащий закреплению в модуле интегральной схемы полупроводниковый кристалл 7, который на своей главной поверхности 5 имеет не представленные для наглядности более подробно выводы кристаллов или соответственно столбиковые контактные площадки, которые электрически соединены посредством гибких проволочных выводов 6 с обратной стороной 8 присвоенного соответствующему выводу кристалла контактного элемента 4.

Согласно изобретению предусмотрено, что между электрически проводящим контактным слоем 2 и полупроводниковым кристаллом 7 предусмотрена тонкая изолирующая пленка 10 из электрически изолирующего материала, снабженная множеством отверстий для микросварки 9. Отверстия для микросварки относительно расположения, формы, количества, а также присвоения к определенному контактному элементу 4 контактного слоя 2 выполнены так, что при любом положении и основной площади подлежащего креплению полупроводникового кристалла 7 может осуществляться контактирование выводов кристалла посредством гибких проволочных выводов 6 с учетом существующей инструкции по монтажу, то есть задаваемой максимальной длины гибких проволочных выводов с соответствующим контактным элементом 4 контактного слоя 2.

Как представлено на фигурах, тонкая изолирующая пленка является выштампованной в местах отверстий для микросварки 9, а в остальном выполнена примерно непрерывно закрытой по всей поверхности контактного слоя 2. В другой форме выполнения, которая не представлена на фигурах более подробно, тонкая изолирующая пленка 10, кроме того в месте подлежащего креплению полупроводникового кристалла 7, может быть снабжена вырезкой, соответствующей основной площади полупроводникового кристалла 7. В этом случае полупроводниковый кристалл может устанавливаться в предусмотренную вырезку изолирующей пленки и закрепляться непосредственно на обратной стороне 8 контактного слоя 2, например за счет микросварки кристалла.

Согласно фиг.1 может быть предусмотрен, в частности, соединенный на краевой области контактного слоя 2 и охватывающий полупроводниковый кристалл 7 носитель 11 из стеклоэпоксидного материала, который также служит в качестве опорной рамки модуля интегральной схемы, и снабженный клейкими поверхностями монтируется в, например, выфрезерованную полость будущей карты с интегральной схемой.

Фигуры 2 и 3 показывают в схематическом изображении подробности особенно предпочтительного примера выполнения изобретения, при котором модуль интегральной схемы 1 имеет контактный слой 2 с количеством из восьми контактных элементов 4a до 4h, причем согласно фиг. 2 смонтирован полупроводниковый кристалл 7a относительно малой площади и согласно фиг. 3 смонтирован полупроводниковый кристалл 7b относительно большой площади. Как представлено, отверстия для микросварки 9 тонкой изолирующей пленки 10 выполнены так, что в случае контактных элементов 4a до 4d предусмотрено количество из трех отверстий для микросварки 9a, 9b, 9c с круглой формой поперечного сечения, последовательное расположение центров которых в основном следует форме соответствующего контактного элемента, а в случае контактных элементов 4e до 4h предусмотрено количество из двух отверстий для микросварки 9d, 9e с продольной формой поперечного сечения, причем размеры отверстия для микросварки в продольном направлении увеличиваются с ростом расстояния от середины контактного слоя.

Таким образом контактирование выводов кристалла посредством гибких проволочных выводов 6 с соответствующим контактным элементом может осуществляться посредством удобно лежащего отверстия для микросварки независимо от основной площади полупроводникового кристалла.

Изобретение относится к интегральным схемам. Техническим результатом является возможность встраивания модуля интегральной схемы в любое устройство с полупроводниковыми кристаллами. Для этого модуль снабжен множеством отверстий для микросварки, число которых превосходит количество выводов кристалла, каждому контактному элементу соответствует несколько отверстий для микросварки, при этом через одно из этих отверстий для микросварки проведен гибкий проволочный вывод к контактному элементу. 10 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Модуль интегральной схемы, содержащий изготовленный из электропроводящего материала контактный слой с электрически изолированными друг от друга контактными элементами, снабженными на их передней стороне множеством контактных площадок, полупроводниковый кристалл с расположенными на его главной поверхности выводами полупроводникового кристалла, которые электрически соединены с обратной стороной соответствующего вывода контактного элемента, и расположенную между контактным слоем и полупроводниковым кристаллом электроизолирующую пленку, снабженную множеством отверстий для микросварки, отличающийся тем, что количество отверстий для микросварки превосходит количество выводов кристалла, каждому контактному элементу соответствует несколько отверстий для микросварки, при этом через одно из этих отверстий для микросварки проведен гибкий проволочный вывод к контактному элементу, осуществляющий контактирование выводов полупроводникового кристалла с соответствующим контактным элементом при любом положении закрепленного полупроводникового кристалла. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что изолирующая пленка содержит по меньшей мере два отверстия для микросварки на соответствующий контактный элемент. 3. Модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что каждый гибкий проволочный вывод имеет монтажную длину порядка 3 мм. 4. Модуль по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что предусмотрен окружающий полупроводниковый кристалл носитель из электрически изолирующего материала. 5. Модуль по п.4, отличающийся тем, что упомянутый носитель изготовлен из стеклоэпоксидного материала и имеет толщину порядка 125 мкм. 6. Модуль по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что изолирующая пленка имеет толщину меньше 30 мкм. 7. Модуль по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что полупроводниковый кристалл вклеен в модуль интегральной схемы с помощью электрически изолирующего клея. 8. Модуль по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что контактный слой имеет шесть или восемь контактных элементов. 9. Модуль по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что изолирующая пленка выштампована в местах отверстий для микросварки и/или в месте полупроводникового кристалла, подлежащем закреплению на модуле интегральной схемы. 10. Модуль по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что изолирующая пленка выполнена из адгезионного или клеящего материала. 11. Модуль по п.10, отличающийся тем, что характеристики адгезионного или клеящего материала зависят от степени приложенного механического давления.