СПОСОБ ПОДСОЕДИНЕНИЯ КРИСТАЛЛА ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ К АНТЕННЕ В РАДИОЧАСТОТНОМ УСТРОЙСТВЕ ИДЕНТИФИКАЦИИ БЕСКОНТАКТНОЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ КАРТЫ Российский патент 2007 года по МПК H01L23/498 

Настоящее изобретение относится к области, касающейся радиочастотных устройств идентификации (РЧУИ), в особенности использующих интеллектуальные карты, а более конкретно - к способу подсоединения кристалла интегральной схемы к антенне РЧУИ устройства интеллектуальной карты бесконтактного типа.

В последние годы получили большое распространение РЧУИ устройства, включающие в себя бесконтактные интеллектуальные карты ("смарт-карты"), бесконтактные билеты и интеллектуальные ярлыки. Во многих областях непременным условием стало применение кредитных карт и интеллектуальных карт. Этот быстрый рост объясняется в значительной степени тем фактом, что кроме традиционного использования карт, которые входят в контакт с соответствующим считывающим устройством (например, банковские и телефонные карты), новые карты могут использоваться без любого физического контакта со своим считывающим устройством.

Обмен информацией между бесконтактной картой или гибридной контактно-бесконтактной картой и связанным считывающим устройством выполняется за счет действующей на расстоянии электромагнитной связи между антенной, встроенной в бесконтактную карту, и второй антенной, расположенной в считывающем устройстве. Для того чтобы выработать, сохранить и обработать информацию, карту снабжают кристаллом интегральной схемы, который подсоединяется к антенне. Антенна обычно располагается на диэлектрической подложке, изготовленной из пластмассового материала. Такая простота в использовании делает возможным появление разнообразных многочисленных приложений. Например, можно упомянуть о создании электронного бумажника. В сфере транспорта были разработаны интеллектуальные карты в качестве средства платежа дорожных пошлин и карт для подписки. Для определенных туристов также возможны билеты РЧУИ типа. В ряде случаев интеллектуальные карты можно использовать при наличии средств поддержки в качестве проездного билета для места сбора. В сфере безопасности многие компании установили системы для идентификации персонала на основании бесконтактных интеллектуальных карт МОС (Международная организация по стандартизации (ISO)).

Существенным ограничением в развитии интеллектуальных карт и особенно бесконтактных интеллектуальных карт и бесконтактных билетов является их себестоимость. Для обеспечения их широкого распространения себестоимость должна быть по возможности низкой. Для снижения себестоимости требуется, чтобы материалы, из которых изготавливают основные части карты, были менее дорогими, и чтобы расходы на изготовление были низкими, в особенности за счет упрощения процесса изготовления.

Способы, которые используют для подсоединения кристалла интегральной схемы к антеннам РЧУИ устройства, включающего в себя кристалл интегральной схемы и антенну, основаны на методе сборки, получившем название "перевернутый кристалл" ("Flip Chip"). Этот метод характеризуется прямым соединением активной стороны кристалла интегральной схемы с антенной и своей подложкой в отличие от старого метода монтажа, называемого "монтажным соединением", который заключается в соединении пассивной стороны кристалла с подложкой и подведении провода к антенне.

Метод сборки "перевернутым кристаллом" включает в себя четыре главных этапа, в соответствии с которыми:

- изготавливают контакты кристалла интегральной схемы посредством полимеризации или металлизации,

- подсоединяют кристалл интегральной схемы к антенне карты путем обеспечения контакта контактов кристалла интегральной схемы с контактами антенны,

- заполняют пустое пространство между кристаллом интегральной схемы и подложкой антенны клейким диэлектрическим материалом.

Существует множество вариантов в зависимости от типа используемых контактов.

Для контактов на основе сплава (олова со свинцом) кристалл интегральной схемы размещают на контактах антенны и сборку нагревают до получения паяного соединения.

Поскольку золотые контакты заняты, при размещении в соответствии с модифицированным методом "монтажного соединения" кристалл интегральной схемы подсоединяется к антенне с помощью соединения с использованием золота или ультразвуковой сварки с использованием золота.

Для проводящих клейких контактов на основе полимера кристалл интегральной схемы размещается на контактах антенны, на которые сначала размещают клейкий проводник напротив контактов кристалла интегральной схемы. Сборку затем нагревают для того, чтобы обеспечить полимеризацию проводящего адгезива.

Независимо от используемого варианта метод сборки "перевернутым кристаллом" требует дополнительного и обязательного этапа, который состоит в размещении проводящего клея на контактах антенны перед установкой кристалла интегральной схемы. Клей в общем является проводящим эпоксидным клеем с серебром. Этот клей упрощает электрическое соединение между кристаллом интегральной схемы и антенной.

Однако при использовании такого клея полимерная смесь должна быть структурирована. Это структурирование выполняют путем нагревания или облучения УФ излучением.

Использование такого клея имеет ряд недостатков. Первый недостаток связан с энергией. Необходимость в полимеризации клея приводит к потреблению энергии из-за нагревания или облучения УФ излучением, а также требует соответствующего оборудования.

Другой недостаток заключается в том, что определенные материалы, которые используются в процессе изготовления подложки антенны, начинают при нагревании деформироваться. Эта деформация может привести к разрывам на антенне.

Другим недостатком является то, что при размещении проводящего клея на контактах антенны и установки кристалла интегральной схемы клей имеет тенденцию растекаться, что может привести к короткому замыканию.

Эти последние два недостатка могут привести к выходу из строя изделия, что в общем значительно увеличивает себестоимость бесконтактных интеллектуальных карт, бесконтактных билетов и РЧУИ устройств.

Поэтому другой метод, описанный во французской заявке на патент №2778308, состоит в укрытии выводов соединения кристалла интегральной схемы в не высохшую еще проводящую краску ("чернила") контактов антенны. К сожалению, этот метод препятствует непрерывному выполнению процесса изготовления карты, поскольку при использовании влажной краски требуется процесс нанесения краски для шелкотрафаретной печати, который имеет место на одной линии и практически в то же самое время, когда кристалл интегральной схемы подсоединяется к карте.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение этих недостатков путем выполнения упрощенного способа подсоединения кристалла интегральных схем к антеннам РЧУИ устройств, особенно бесконтактных интеллектуальных карт, который не требуют затрат энергии и который позволяет достигнуть выпуска качественной продукции.

Изобретение, таким образом, касается способа подсоединения кристалла интегральной схемы к антенне бесконтактной интеллектуальной карты, имеющей деформируемые и неупругие контакты, при этом антенну печатают с использованием проводящей краски на подложке антенны, изготовленной из деформируемого и неупругого материала. Этот процесс включает в себя этапы, в соответствии с которыми:

- устанавливают кристалл интегральной схемы, выполненный с контактами, изготовленными из недеформируемого материала, на подложке антенны так, чтобы контакты были обращены к контактам антенны, и

- оказывают давление на кристалл интегральной схемы так, чтобы контакты кристалла интегральной схемы деформировали подложку антенны и контакты антенны в результате давления, причем подложка и контакты антенны сохраняют свою деформацию после снятия давления, таким образом позволяя получить максимальную поверхность контакта между контактами кристалла интегральной схемы и контактами антенны.

Согласно предпочтительному варианту осуществления процесс включает в себя дополнительный этап, который состоит в размещении клейкого диэлектрического материала на подложке антенны между контактами упомянутой антенны перед этапом установки кристалла интегральной схемы для того, чтобы сохранить кристалл интегральной схемы в фиксированном положении относительно подложки.

Задачи и отличительные признаки изобретения станут ясны из следующего описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает вид спереди кристалла интегральной схемы после этапа размещения соединения кристалла интегральной схемы;

фиг.2 изображает вид спереди подложки антенны и антенны после этапа осаждения диэлектрического материала;

фиг.3 изображает вид спереди подложки антенны после этапа установки кристалла интегральной схемы.

Первый этап способа согласно изобретению состоит в изготовлении соединений кристалла интегральной схемы. Кристалл 10 интегральной схемы представлен на фиг.1. Этот кристалл интегральной схемы может представлять собой интеллектуальную карту МОС (ISO). Однако он может быть и кристаллом интегральной схемы меньших размеров для бесконтактных предметов типа портативного билета. Контакты 12 изготавливают из недеформируемого материала и создают на активной стороне 14 кристалла интегральной схемы. Они имеют предпочтительно коническую форму. Эти контакты можно выполнить путем металлизации. В этом случае контакты изготавливают из сплава, который может представлять собой сплав олова со свинцом. Эти контакты можно также изготовить из золота. Согласно другому варианту осуществления контакты можно получить путем полимеризации. В этом случае контакты изготавливают из проводящего полимера.

Подложка антенны показана на фиг.2. Эта подложка 16 изготовлена из неупругого деформируемого материала. Она представляет собой предпочтительно волокнистый материал, который может деформироваться и который сохраняет эту деформацию. Согласно предпочтительному варианту осуществления подложка антенны изготовлена из бумаги. Антенну печатают с использованием проводящей краски. Шелкография является предпочтительным процессом печати. Два контакта 18 также изготавливают для соединения кристалла интегральной схемы и антенны. Используемые проводящие краски представляют собой предпочтительно полимерную пасту, заполненную проводящими элементами, такими как серебро, медь и углерод. Клейкий диэлектрический материал 20 размещают на подложке 16 антенны между двумя контактами 18 антенны. Этот клейкий материал наносится перед размещением кристалла интегральной схемы на подложку в отличие от традиционного процесса "перевернутого кристалла", в котором адгезионный слой наносят сразу после подсоединения кристалла интегральной схемы. Таким образом, этот этап выполнить намного легче, и выход годной продукции намного выше. Адгезия представляет собой эпоксидную смолу или цианакрилатный клей.

Сразу после высыхания краски, образующей контакты 18, и нанесения клейкого материала кристалл интегральной схемы устанавливают на подложку антенны так, чтобы контакты кристалла интегральной схемы были расположены напротив контактов антенны. Как показано на фиг.3, на кристалл 10 интегральной схемы оказывают давление с тем, чтобы контакты 12 кристалла интегральной схемы приводили к деформации подложки 16 и контактов 18 антенны. Эта деформация остается в форме оттиска, чья внутренняя поверхность точно соответствует внешней поверхности контактов 12. Таким образом выполняют практически совершенный контакт между контактами 12 кристалла 10 интегральной схемы и проводящей краской контактов 18 на максимальной поверхности контакта. Материал, из которого состоит подложка 16, является деформируемым и неупругим, как и проводящая краска контактов 18, при этом эти два материала не имеют тенденции к возврату к своей первоначальной форме даже в случае снятия давления. Это справедливо особенно тогда, когда материалом подложки 16 является волокнистый материал, такой как бумага.

В результате сжатия клейкий диэлектрический материал 20 расширяется и закрывает всю поверхность кристалла интегральной схемы между контактами. Таким образом, это позволяет упрочнить механическую сборку между кристаллом 10 интегральной схемы и подложкой 16 антенны и, таким образом, электрический контакт между кристаллом интегральной схемы и антенной.

Таким образом, этот способ исключает необходимость использования проводящего клея для улучшения электрического контакта между кристаллом интегральной схемы и антенной. Он также исключает необходимость использования энергии (особенно тепловой энергии) для полимеризации этого клея.

Благодаря способу согласно предлагаемому изобретению можно использовать подложки антенны, изготовленные из материалов, которые обычно не используются из-за своих плохих свойств термостойкости.

Кроме того, становится прочнее соединение между кристаллом интегральной схемы и антенной. Практически совершенная сборка между кристаллом интегральной схемы и подложкой антенны и большой контактной поверхностью ограничивают риск поломки соединения антенны с кристаллом интегральной схемы. Таким образом, повышается качество карты.

Изобретение касается способа подсоединения кристалла (10) интегральной схемы к антенне бесконтактной интеллектуальной карты, имеющей деформируемые контакты (18). Сущность изобретения: антенну печатают с использованием проводящей краски на подложке (16) антенны, изготовленной из деформируемого материала. Способ включает в себя этапы, в соответствии с которыми устанавливают кристалл (10) интегральной схемы, снабженный контактами (12), изготовленными из недеформируемого материала, на подложке антенны так, чтобы контакты были обращены к контактам (18) антенны, и оказывают давление на кристалл (10) интегральной схемы так, чтобы контакты (12) кристалла интегральной схемы деформировали подложку (16) антенны и контакты (18) антенны в результате давления, причем подложка (16) и контакты (18) сохраняют свою деформацию после снятия давления, таким образом получая максимальную поверхность контакта между контактами (12) кристалла (10) интегральной схемы и контактами (18) антенны. Техническим результатом изобретения является выполнение упрощенного способа подсоединения кристалла интегральных схем к антеннам, который не требует затрат энергии и который позволяет достигнуть выпуска качественной продукции. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ подсоединения кристалла (10) интегральной схемы к антенне радиочастотного устройства идентификации бесконтактной интеллектуальной карты, содержащего кристалл интегральной схемы и антенну, размещенную на подложке (16), изготовленную из деформируемого, неупругого материала, причем антенна содержит контакты (18), которые являются также деформируемыми и неупругими и которые печатают с использованием проводящей краски на подложке, при этом способ включает в себя этапы, в соответствии с которыми устанавливают кристалл (10) интегральной схемы, снабженный контактами (12), изготовленными из недеформируемого материала, на подложку антенны так, чтобы контакты были обращены к контактам (18) антенны, и оказывают давление на кристалл интегральной схемы так, чтобы контакты кристалла интегральной схемы деформировали подложку антенны и контакты антенны в результате давления, причем подложка и контакты антенны сохраняют свою деформацию после снятия давления, таким образом получая максимальную поверхность контакта между контактами кристалла интегральной схемы и контактами антенны.2. Способ по п.1, по которому подложку (16) изготавливают из волокнистого материала.3. Способ по п.2, по которому волокнистым материалом является бумага.4. Способ по любому из пп.1, 2 или 3, по которому клейкий диэлектрический материал (20) размещают на подложке (16) между контактами (18) антенны перед установкой кристалла интегральной схемы для того, чтобы сохранить кристалл (10) интегральной схемы в фиксированном положении относительно подложки.5. Способ по любому из пп.1, 2 или 3, по которому контакты кристалла (10) интегральной схемы получают путем металлизации.6. Способ по любому из пп.1, 2 или 3, по которому контакты кристалла (10) интегральной схемы получают путем полимеризации.7. Способ по любому из пп.1, 2 или 3, по которому контакты кристалла (10) интегральной схемы имеют коническую форму.8. Способ по любому из пп.1, 2 или 3, по которому антенну получают с помощью методов трафаретной печати с использованием проводящей краски.9. Способ по любому из пп.1, 2 или 3, по которому клейкий диэлектрический материал (20), который наносят на подложку антенны (16), представляет собой цианакрилатный клей.