НОСИМЫЙ НОСИТЕЛЬ ДАННЫХ Российский патент 2004 года по МПК G06K19/77 

Изобретение относится к носимому носителю данных, содержащему картообразное тело, имеющее углубление для размещения чип-модуля, причем чип-модуль включает в себя, по меньшей мере, один полупроводниковый чип на первой главной стороне держателя чипа, соединенного с картообразным телом, и содержащую контактные выводы металлизацию на второй главной стороне держателя чипа.

Подобные носимые носители данных достаточно известны из уровня техники. Их обычно выполняют в формате карты (например, в формате кредитной карты) со встроенным интегральным схемным модулем. Эти носители данных называют тогда чип-картами. Носители данных названного вида подвержены при использовании самым разным нагрузкам. Из-за конструктивных особенностей тела карты и чип-модуля на устройство могут действовать высокие изгибающие нагрузки, которые в зависимости от конструктивного выполнения могут привести к выходу из строя, вызванному, например, поломкой чипа или разрывом электрического соединения. Подверженность выходу из строя подобного устройства зависит от размера чипа, длины соединения гибких металлических проводников между контактными площадками полупроводникового чипа и применяемыми материалами.

Известный из уровня техники чип-модуль имеет обычно держатель, состоящий из эпоксидной смолы. На первой главной стороне держателя размещен полупроводниковый чип, который соединен с держателем, например, посредством склеивания или ламинирования. На вторую главную сторону держателя, противоположную первой главной стороне, нанесена металлизация. Металлизация имеет контактные выводы и образует доступные позднее снаружи контакты чип-модуля. Обычно металлизация имеет шесть или восемь электрически отделенных друг от друга контактных выводов, которые соединены с контактными площадками полупроводникового чипа гибкими металлическими проводниками. Гибкие металлические проводники пропущены при этом через отверстия держателя. Для механической защиты полупроводникового чипа и гибких металлических проводников на первой главной стороне размещена заливочная масса, которая охватывает полупроводниковый чип и гибкие металлические проводники. Если носитель данных подвергается изгибающим нагрузкам, возникающим, например, в установках для сортировки писем при отправке почты, он может быть поврежден. Будучи обусловлена конструкцией, там на носитель данных в почтовом конверте воздействует высокая кинетическая энергия, которая, с одной стороны, вызвана высокой скоростью, а, с другой стороны, частым изменением направления посредством подвижных роликов установки для сортировки писем.

Для того чтобы, по возможности, уменьшить действующие на носитель данных усилия, были предприняты попытки, заключающиеся в том, чтобы либо за счет повышения сопротивления изгибанию модуля в полупроводниковом чипе и в зоне гибких металлических проводников за счет применения особенно прочных покрытий, либо за счет применения элементов жесткости, например рамок на первой главной стороне держателя чипа, направить растягивающие и сжимающие усилия на клеевое соединение между чип-модулем и картообразным телом носителя данных. На основе достаточного практического опыта разработчики перешли к применению так называемого “клея-расплава” для соединения чип-модуля и картообразного тела, поскольку он благодаря своим упругим свойствам оказался особенно предпочтительным.

Тем не менее, при высоких изгибающих нагрузках может произойти повреждение полупроводникового чипа или проволочных соединений в чип-модуле.

Задача настоящего изобретения состоит в создании носимого носителя данных, который даже при высоких изгибающих нагрузках обладал бы высокой надежностью.

Эта задача решается посредством признаков п.1 формулы.

Изобретение исходит из того факта, что изгиб полупроводникового чипа или всего чип-модуля тем меньше, чем меньше размеры чип-модуля. Поскольку описанные выше чип-модули или носимые носители данных должны отвечать заданным нормам (стандарту ИСО), произвольное уменьшение чип-модуля, однако, невозможно. Изобретение предусматривает поэтому, что держатель чипа имеет места заданного изгиба. Поскольку при возникновении изгибающих нагрузок самое слабое место, в принципе, подается, можно за счет подходящего расположения мест заданного изгиба в держателе полупроводникового чипа и электрические соединения (гибкие металлические проводники) разместить на жесткой на изгиб поверхности. Другими словами, изобретение предусматривает, следовательно, растяжение жесткого участка чип-модуля таким образом, чтобы на жестком участке находился не только полупроводниковый чип, но и гибкие металлические проводники.

Предпочтительные выполнения приведены в зависимых пунктах формулы.

В одном предпочтительном выполнении места заданного изгиба расположены в зоне вне полупроводникового чипа. Еще предпочтительнее, если места заданного изгиба расположены вне охватывающего полупроводниковый чип покрытия. Если места заданного изгиба расположены одновременно в пределах боковых кромок углубления, то действующие на носимый носитель данных усилия могут быть наилучшим образом отведены от полупроводникового чипа и электрических соединений.

В одном выполнении изобретения места заданного изгиба образованы, по меньшей мере, одной прорезью в каждом контактном выводе металлизации, причем прорезь разделяет соответствующий контактный вывод в первой и второй зонах. По меньшей мере, одна прорезь в каждом контактном выводе ослабляет металлизацию в этой зоне, имеющую максимальное сопротивление изгибу всего чип-модуля. Сам держатель чипа, который, правда, значительно толще металлизации, имеет существенно меньшее сопротивление изгибу. За счет этого в зоне прорезей возникает место заданного изгиба.

Предпочтительным образом первая и вторая зоны соединены между собой, по меньшей мере, одной перемычкой. В этом случае можно облагородить контактные выводы способом “Electro-Plating” без изменения существующего оборудования или операций, являющимся испытанным и экономичным способом. Если полностью отделить друг от друга прорези первой и второй зон, то облагораживание контактных выводов происходило бы способом “Electroless Plating”.

Предпочтительным образом прорези проходят в том направлении в соответствующих контактных выводах, в котором контактные выводы лежат рядом друг с другом. Прорези соседних контактных выводов лежат при этом по одной оси. Эта ось, в основном, параллельна боковым кромкам полупроводникового чипа. Она ни в коем случае не проходит сквозь полупроводниковый чип. В этом случае это способствовало бы разрушению полупроводникового чипа.

Соответствующие перемычки имеют существенно меньшую ширину по сравнению, по меньшей мере, с одной прорезью. Ширина оставшейся в контактном выводе перемычки, в основном, определяет сопротивление изгибу места заданного изгиба. Минимально возможная ширина перемычки зависит от требований способа “Electro-Plating”.

В качестве альтернативы металлизация может заканчиваться также в пределах мест заданного изгиба. Это означает ничто иное, как то, что образованная прорезью первая зона контактного вывода отпадает.

Изобретение более подробно поясняется с помощью нижеследующих фигур, которые изображают:

- фиг.1: сечение носимого носителя данных, согласно изобретению, в первом выполнении;

- фиг.2: вид сверху на металлизацию чип-модуля из фиг.1;

- фиг.3: в сечении второй пример выполнения носимого носителя данных, согласно изобретению;

- фиг.4: вид сверху на альтернативную форму выполнения металлизации чип-модуля;

- фиг.5: носимый носитель данных, у которого видно положение мест заданного изгиба относительно картообразного тела.

На фиг.1 изображен фрагмент носимого носителя данных согласно изобретению. В углублении 2 картообразного тела 1 известным образом размещен чип-модуль 3. Чип-модуль 3 состоит из держателя 18 чипа, на первой главной стороне 5 которого размещен полупроводниковый чип 4. На вторую главную сторону 6 держателя 18 чипа нанесена металлизация 7. Металлизация имеет некоторое число контактных выводов (не показаны), каждый из которых соединен гибкими металлическими проводниками 11 с контактной площадкой полупроводникового чипа 4. Гибкие металлические проводники 11 пропущены при этом через отверстия 19 в держателе 18 чипа, с тем чтобы попасть в отверстия 19 на контактную площадку. Полупроводниковый чип 4 и гибкие металлические проводники 11 окружены далее покрытием 10, например пластической заливочной массой. Чип-модуль 3 соединен на боковых краях держателя чипа посредством клеевых соединений 23 с картообразным телом 1.

Клеевое соединение 23 и держатель 18 чипа, состоящий, например, из эпоксида, очень гибки за счет своих материалов.

Напротив, металлизация 7, состоящая, например, из меди, имеет высокое сопротивление изгибу. В местах металлизации, где она прорезана, возникают, таким образом, места заданного изгиба. Места 9 заданного изгиба, образованные, следовательно, держателем чипа и особым выполнением металлизации, лежат в идеале вне зоны, в которой находятся полупроводниковый чип 4 и гибкие металлические проводники 11. Максимально возможное действие мест заданного изгиба достигается тогда, когда они лежат в пределах боковых кромок 12 углубления 2 и вне покрытия 10. Места заданного изгиба могут в этом случае выполнять функцию “карданной опоры”. При возникновении изгибающей нагрузки держатель чипа перегибается в местах заданного изгиба, причем на полупроводниковый чип и гибкие металлические проводники передаются лишь небольшие усилия, поскольку они лежат в жесткой зоне чип-модуля.

На фиг.2 изображен вид сверху на металлизацию 7, за счет формы которой в держателе чипа могут быть образованы места заданного изгиба. Металлизация имеет восемь контактных выводов 8. Они электрически отделены друг от друга прорезями 22. В жесткой зоне, обозначенной поз. 21, на противоположной главной стороне держателя чипа (не показан) находится полупроводниковый чип. Он не выступает своими краями за обозначенную поз. 21 зону. Поз. 19 обозначены места, где держатель чипа (не показан), имеет отверстия, через которые пропущены гибкие металлические проводники, электрически соединенные с контактными выводами. Прямоугольные зоны С1...С8 являются установленными стандартом ИСО 7816 местами, где контактные выводы контактируют с внешним записывающе-считывающим устройством. Положение и размер контактных площадок на контактном выводе и их расположение по отношению друг к другу точно установлены стандартом ИСО.

Для того чтобы возникающие при изгибающих нагрузках усилия были как можно меньше, металлизацию можно уменьшить до установленных стандартом ИСО контактных площадок. Поскольку, однако, носимые носители данных согласно изобретению производятся в огромных количествах, изменение технологических процессов и необходимого для этого оборудования связано с чрезвычайно высокими издержками. Изобретение предусматривает поэтому выполнение в металлизации прорезей 13, которые разделяют контактные выводы 8 соответственно на первую 14 и вторую 15 зоны. В данном примере выполнения первая 14 и вторая 15 зоны соединены между собой узкими перемычками 16. Чем меньше выполнена оставшаяся перемычка 16, тем выше способность носимого носителя данных к изгибанию в местах заданного изгиба. Ширина Х перемычки составляет в идеале 0-0,2 мм. Это выполнение предпочтительно тогда, когда контактные площадки или контактные выводы должны быть облагорожены способом “Electro-Plating”. Необходимые для этого электроды размещают вне показанной на фиг.7 металлизированной зоны. Способ “Electro-Plating” осуществляют в момент, когда металлизация с множеством других металлизаций для модулей лежит на бесконечной ленте. На фиг.2 видны еще места 24 разделения, которыми металлизация была соединена с несущей лентой (не показана).

На фиг.3 изображен второй пример выполнения носимого носителя данных, согласно изобретению который отличается от изображенного на фиг.1 только тем, что металлизация 7, начиная с установленных стандартом ИСО контактных площадок С1...С8, полностью отсутствует. За счет этого между картообразным телом 1 и металлизацией 7 чип-модуля 3 возникает неровная поверхность. Это, правда, с технической точки зрения не является недостатком, однако по эстетическим причинам нежелательно.

На фиг.4 изображен вид сверху на альтернативно выполненную металлизацию 7, причем находящиеся в верхней части контактные выводы 8 имеют по две прорези 13, так что приблизительно посередине каждого контактного вывода образуется перемычка 16. Прорези 13 соседних контактных выводов расположены таким образом, что лежат по одной оси. Эта ось проходит приблизительно параллельно положению полупроводникового чипа (не показан) на противоположной главной стороне держателя чипа. В изображенном примере выполнения перемычки 16 выполнены существенно более узкими по отношению к ширине контактных выводов. Однако это не является обязательным, перемычки 16 могут быть также шире, а прорези соответственно уже. За счет ширины перемычек 16 возникает нужная способность мест заданного изгиба к изгибанию.

В нижней части фиг.4 показан другой вариант того, как в держателе чипа могут быть получены места заданного изгиба. У этого варианта контактные выводы 8 состоят каждый только из второй зоны 15. Образованная прорезями 13 первая зона 14, изображенная в верхней части, у нижних контактных выводов полностью отсутствует. За счет этого образуется уже описанное углубление в поверхности носимого носителя данных. Этот вариант пригоден, однако, лишь тогда, когда облагораживание контактных площадок происходит гальваническим путем. Облагораживание способом “Electro-Platig” существующим оборудованием тогда невозможно.

На фиг.5 при виде сверху изображено картообразное тело 1 носимого носителя данных. Носитель данных содержит в установленном стандартом ИСО месте чип-модуль 3, снабженный соответствующими контактными выводами 8. Лежащие непосредственно рядом друг с другом контактные выводы 8 образуют ось, параллельную коротким боковым кромкам 17а, 17b картообразного тела. Выполненные в контактных выводах 8 прорези 13 лежат также по одной оси, параллельной коротким боковым кромкам 17а, 17b картообразного тела. Это обусловлено тем, что критическая изгибающая нагрузка проходит параллельно длинным боковым кромкам 17с, 17d картообразного тела 1.

Изгибающие нагрузки на полупроводниковый чип и проволочные соединения могут быть снижены за счет образования мест заданного изгиба в держателе чипа чип-модуля. Места заданного изгиба образуют за счет специальной топологии нанесенной на держатель чипа металлизации с соблюдением стандарта ИСО 7816. Благодаря этому можно отказаться от обычных элементов жесткости, чем могут быть сокращены издержки.

Изобретение относится к компактному носителю данных. Его применение позволяет получить технический результат в виде сохранения работоспособности и надежности носителя данных. Этот результат достигается благодаря тому, носимый носитель данных содержит картообразное тело, имеющее углубление для размещения чип-модуля, причем чип-модуль включает в себя, по меньшей мере, один полупроводниковый чип на первой главной стороне держателя чипа, соединенного с картообразным телом, и содержащую контактные выводы металлизацию на второй главной стороне держателя чипа, причем держатель чипа имеет места заданного изгиба, лежащие в пределах боковых кромок углубления, а металлизация заканчивается в пределах мест заданного изгиба. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Носимый носитель данных, содержащий картообразное тело (1), имеющее углубление (2) для размещения чип-модуля (3), причем чип-модуль (3) включает в себя, по меньшей мере, один полупроводниковый чип (4) на первой главной стороне (5) держателя (18) чипа, соединенного с картообразным телом (1), и содержащую контактные выводы (8) металлизацию (7) на второй главной стороне (6) держателя (18) чипа, причем держатель (18) чипа имеет места (9) заданного изгиба, лежащие в пределах боковых кромок (12) углубления (2), отличающийся тем, что металлизация (7) заканчивается в пределах мест (9) заданного изгиба.2. Носитель по п.1, отличающийся тем, что места (9) заданного изгиба лежат вне полупроводникового чипа (4).3. Носитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что места (9) заданного изгиба лежат вне охватывающего полупроводниковый чип (4) покрытия (10).4. Носитель по п.1, отличающийся тем, что места (9) заданного изгиба образованы, по меньшей мере, одной прорезью (13) в каждом контактном выводе (8), которая разделяет соответствующий контактный вывод (8) на первую (14) и вторую (15) зоны.5. Носитель по п.4, отличающийся тем, что первая (14) и вторая (15) зоны соединены между собой, по меньшей мере, одной перемычкой.6. Носитель по п.4 или 5, отличающийся тем, что прорези (13) проходят в направлении, в котором контактные выводы (8) лежат по соседству друг с другом.7. Носитель по п.4, отличающийся тем, что перемычки (16) имеют значительно меньшую ширину, чем, по меньшей мере, одна прорезь (13).