Модуль интегральной схемы

 

Изобретение относится к модулям интегральных схем, предназначенным для встраивания в основное тело карты. Технический результат изобретения заключается в возможности избежания отслоений между покрывающей массой и интегральной схемой при встраивании путем горячего приклеивания. Предполагаемый результат достигается за счет нацеленного управления потоком тепла, вводимым снаружи в модуль интегральной схемы. Это происходит согласно изобретению или за счет теплоизолирующего слоя, который расположен между гибкой несущей лентой модуля интегральной схемы и наклеенной на нее интегральной схемой, или за счет выемок внутри поверхности, или соответственно слоя металлических контактов. Тепловой поток от наложенного во внешней области металлических контактов полого пуансона прерывается в направлении к центрально смонтированной интегральной схеме. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к модулю интегральной схемы для встраивания в основное тело карты, предназначенной для интегральной схемы.

Карты со встроенной интегральной схемой достаточно известны в уровне техники. Возможности применения карт со встроенной интегральной схемой являются чрезвычайно разнообразными и с увеличением вычислительной мощности и емкости памяти имеющихся в распоряжении, содержащихся в них интегральных схем, постоянно расширяются. Это сопровождается, однако, увеличением размеров подлежащих встраиванию интегральных схем (электронных конструктивных элементов, микросхем, чипов).

Конструкция карты со встроенной интегральной схемой определяется множеством признаков, которые частично заданы соответствующими нормами. Это, например, касается допустимой предельной нагрузки карты относительно УФ-излучения, рентгеновского излучения, а также механической предельной нагрузки или также температурной устойчивости.

В преобладающем большинстве способов изготовления для карт со встроенной интегральной схемой интегральную схему вначале монтируют на гибкую пленку. На этой пленке находятся необходимые контакты карты. Из готовой смонтированной пленки затем выштамповывают отдельные модули интегральной схемы. Интегральные схемы при этом непосредственно через носитель модуля закрепляют в карте. Это имеет преимуществом, что силы изгиба не действуют на интегральную схему. Интегральная схема при этом своей обратной стороной смонтирована на гибкой пленке. Находящиеся на передней стороне присоединительные поверхности через гибкие проволочные выводы для микросварки соединяют с контактированиями, которые сквозь гибкую пленку соединены с контактами карты. Переднюю сторону интегральной схемы, включая названные проволочные выводы, как правило защищают от коррозионных воздействий покрытием, например пластмассой. Названные формы выполнения являются частями обычного способа для упаковки интегральных схем в стандартные корпуса.

Модули интегральных схем для имеющих контакты карт со встроенными интегральными схемами в соответствии с современным уровнем техники монтируют посредством трех основных технологий: а) техника приклеивания цианакрилатом, b) техника горячего приклеивания (Hot Melt), с) контактно-адгезивная техника приклеивания.

Названная в пункте с) техника называется также приклеиванием, чувствительным к давлению. При этом созданное за счет механического давления тангенциальное напряжение в клеящем слое приводит к уменьшению вязкости клеящего вещества, который создает или, соответственно, улучшает физический контакт к соединительному элементу, например основному телу карты. Пример для однослойной техники горячего приклеивания дает немецкая выложенная заявка DE 3639630. Пример для многослойной техники приклеивания с цианакрилатом дает европейская заявка ЕР 0527438.

Для долговечности карты с встроенной интегральной схемой является существенным качество соединения между модулем интегральной схемы и телом карты. Если, например, модуль интегральной схемы вставлен в выфрезерованную в теле карты выемку и там вклеен, то это может быть связано со значительной температурной нагрузкой, если используется, например, клей горячего приклеивания.

Под модулем интегральной схемы понимают носитель интегральной схемы, который имеет на контактной стороне восемь контактов. На противоположной стороне расположена полупроводниковая интегральная схема, которая находится между этими контактами карты со встроенной интегральной схемой, то есть во взгляде сбоку, лежит непосредственно напротив. Такие модули интегральной схемы известны из US 4625102 и FR 2617668. В то время как техника приклеивания с цианакрилатом и контактно-адгезивная техника приклеивания обходятся с низкими температурами для монтажа модуля, существенным отличием техники горячего приклеивания является сравнительно высокая температура встраивания. Обычные температуры лежат в области от 200 до 250^oC. Во время имплантации модуля, которая длится менее, чем 1,5 секунды, при этом способе в модуль интегральной схемы вводится большое количество тепла. Таким образом нагревается не только слой клея, который соединяет модуль интегральной схемы с основным телом карты, но и также несущий элемент интегральной схемы, полупроводниковая интегральная схема и защитная покрывающая масса. При этом должно одновременно учитываться, что конструкция модуля интегральной схемы содержит множество составных частей из различных материалов. Так согласно US 4625102 гибкая пленка, носитель, может состоять, например из эпоксидной смолы. Односторонне нанесенные на нее контакты состоят из металла, полупроводниковая интегральная схема из кристалла, например кремния, гибкие проволочные выводы для микросварки из металла и предусмотренная для передней стороны интегральной схемы покрывающая масса из пластмассы. Если такая система подвергается большим температурным колебаниям, то следствием этого могут быть так называемые деламинации, то есть расслоения между расположенными друг на друге слоями. В случае модуля интегральной схемы названного вида соединение между интегральной схемой и носителем, как правило, клеевое соединение, не является критичным. Кратковременный нагрев всей системы, однако, приводит после длительных времен хранения и транспортировки модулей к локальным дефектам в покрывающей массе, которые обозначаются как расслоение. Расслоения между интегральной схемой и покрывающей массой могут приводить к неправильному функционированию или к выходу из строя модуля интегральной схемы. Это обосновано тем, что расслоение в этой области влечет за собой отрыв электрических проводников, а именно гибких проволочных выводов, которыми интегральная схема соединена с внешними контактами. Вышеназванный способ горячего приклеивания для вклеивания модуля интегральной схемы в тело карты соответственно связан с высокой тепловой нагрузкой модуля интегральной схемы.

Отверждаемые ультрафиолетовым излучением покрывающие массы являются особенно подверженными расслоению. Причиной для этого являются термически индуцированные напряжения в общей системе модуля интегральной схемы. Эти напряжения существуют вследствие дилатермических рассогласований между полупроводниковой интегральной схемой, несущим элементом интегральной схемы и покрывающей массой. Соответствующие коэффициенты теплового расширения в одинаковых температурных диапазонах относятся как 2,5:10:18. Вероятность появления расслоений повышается с увеличением размеров полупроводниковой интегральной схемы и повышением времени транспортировки и хранения. В названное время покрывающая масса воспринимает влагу из окружающего воздуха, которая приводит к расширению материала, что обозначается также как разбухание. Разбухание покрывающей массы и кратковременный сильный нагрев модуля при встраивании в основное тело карты, являются ответственными за высокий процент брака после встраивания. Это имеет место, в частности, в модулях интегральных схем, которые имеют интегральные схемы большой площади. Такие интегральные схемы обозначаются как микроконтроллеры и/или криптоконтроллеры.

Предыдущие меры по исключению недостатков уровня техники заключались в разработке, выборе и опробовании покрывающих масс, которые обладают малым поглощением влаги, а также в мерах, которые приводят к повышению адгезии покрывающих масс, как, например, более высокой шероховатости поверхности носителя интегральной схемы. Так были использованы, например, покрывающие массы, которые снабжены средством повышающим адгезию (на основе силан/силоксана).

В основе изобретения лежит задача предоставить в распоряжение модуль интегральной схемы для встраивания в карты с интегральными схемами, при котором исключается расслоение между покрывающей массой и электронным конструктивным элементом с результирующейся отсюда потерей работоспособности модуля интегральной схемы при способе соединения между модулем интегральной схемы и телом карты.

Решение этой задачи происходит за счет модулей интегральных схем с признаками пунктов 1 или 4 формулы изобретения.

Для встраивания модуля интегральной схемы в различных способах должно подводится извне определенное количество тепла. Это происходит за счет внешнего, производимого, например в пуансоне, тепла, которое за счет приложения пуансона к модулю интегральной схемы переходит в него. Внесение тепла имеет целью повышение температуры в местах или поверхностях, на которых должно создаваться клеевое соединение между носителем модуля интегральной схемы и телом карты. Перенос тепла в другие области модуля интегральной схемы должен минимизироваться. Так как при изготовлении клеевого соединения отдающий тепло полый пуансон накладывают на расположенные на гибкой пленке контакты и вводят через них в модуль интегральной схемы некоторое количество тепла, значительный теплоперенос в направлении к интегральной схеме не может быть прерван. Так как коэффициент теплопроводности также находящейся в контакте с гибкой несущей пленкой покрывающей массы является малым, значительное количество внесенной энергии идет от гибкой несущей пленки через слой клея в интегральную схему. Это приводит не только к нагреванию интегральной схемы, но также к расслоению в контактной области между интегральной схемой и покрывающей массой.

Чтобы это предотвратить, между слоем клея и интегральной схемой размещают теплоизолирующий слой. Другое решение задачи предусматривают нацелено расположенные выемки в металлических контактах, на которые накладывают полый пуансон для ввода тепла.

Контакты при этом расположены в два ряда, причем одна из контактных поверхностей выполнена цельной с расположенной между контактными рядами металлической поверхностью. Если применение теплоизолирующего слоя между интегральной схемой и слоем клея, который соединяет интегральную схему с модулем, предотвращает теплопередачу внутри модуля в направлении интегральной схемы, то выемки в металлических контактах исключают боковую, то есть лежащую в плоскости металлических контактов, теплопередачу. После того как полый пуансон примерно по кольцу приложен во внешней области модуля интегральной схемы к металлическим контактам и интегральная схема на противоположной стороне носителя модуля интегральной схемы расположена примерно центрально относительно металлических контактов, интегральная схема лежит также во внутренней области при рассмотрении относительно полого пуансона. Исходя из этого видно, что проходящий вертикально через выполненный плоским модуль тепловой поток является желательным для получения горячего приклеивания. Выемки внутри металлических контактов расположены так, что направляемый параллельно выполненному плоским модулю интегральной схемы тепловой поток внутри электрических контактов прерывается за счет предусмотренных выемок. Таким образом прогрев модуля интегральной схемы в течение краткого времени встраивания горячим приклеиванием исключается конструктивными мерами. Слой металлических контактов, который имеет наилучшую теплопроводность, таким образом в соответствующем направлении частично прерывается. Имеющийся на внутренней стороне модуля интегральной схемы комбинированный эпоксидно-стекловолоконный слой обладает теплопроводностью, которая на несколько порядков величины ниже, в результате чего этот слой относительно выше названной поставленной цели не имеет значения. Выемки, как правило, являются продолговатыми отверстиями, чтобы представлять собой достаточно широкий барьер внутри контура полого пуансона.

Предпочтительные формы развития изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

В последующем примеры выполнения описываются с помощью схематических фигур.

Фиг. 1 показывает изображение в разрезе с относительным позиционированием полого пуансона при встраивании модуля интегральной схемы в тело карты.

Фиг. 2 показывает изображение в соответствии с фиг.1 с дополнительным теплоизолирующим слоем между гибкой несущей пленкой и интегральной схемой, Фиг. 3 показывает изображение в разрезе модуля интегральной схемы, причем внутри слоя металлических контактов 10 имеются выемки 11, Фиг. 4 показывает схематически вид сверху на металлические контакты, причем показаны выемки и контур интегральной схемы.

Посредством изобретения можно избежать расслоения покрывающей массы в области интегральной схемы при способе встраивания горячим приклеиванием при встраивании модулей с золотым островком в тело карты. При способе встраивания модулей горячим приклеиванием посредством полого пуансона 1 с относительно высокой температурой, например 200^oC, с силовым воздействием с соответствующим временным управлением модуль интегральной схемы в соответствии с фиг. 1 приклеивают на тело карты. Фиг.1 показывает при этом детально полый пуансон 1, который наложен на гибкую несущую ленту 2. Так как в этом месте позиционированы видные снаружи металлические контакты, полый пуансон 1 накладывается на них. На внутренней стороне модуль интегральной схемы имеет слой клея 8, посредством которого интегральная схема 3 позиционирована и фиксирована на несущей ленте 2. Рамка для увеличения жесткости 4 также расположена на несущей ленте 2 и окружает интегральную схему 3. Покрывающая масса 51 защищает интегральную схему 3 и ее ведущие к контактам электрические соединения от коррозии и механического воздействия снаружи. Модуль интегральной схемы вклеен в тело карты 7 посредством клея горячего приклеивания 6.

Для исключения имеющейся на фиг. 1 возможности, чтобы значительное количество тепла непосредственно текло от полого пуансона 1 через несущую ленту 2 и клей 8 в интегральную схему 3, в соответствующее фиг. 1 изображение на фиг. 2 дополнительно привнесен теплоизолирующий слой 9. Таким образом предотвращается, что проявляют свое действие различные термические коэффициенты расширения интегральной схемы (например, кремния), покрывающей массы и гибкой несущей ленты и вызывают повреждения за счет сильных термомеханических сил при высокой температуре. Эти силы возникают, когда высокие температуры, например, при способе встраивания модуля интегральной схемы вносятся в общую систему. Это может приводить к расслоениям. Покрывающая масса при этом может отделяться от интегральной схемы и вызывать функциональные отказы модуля, например, за счет повреждения электрических проводников между интегральной схемой и внешними контактами.

За счет нанесения полиимидного слоя на обратную сторону интегральной схемы могут исключаться явления расслоения. Полиимид имеет низкое значение коэффициента теплопроводности, так что полиимид может применяться в качестве теплового барьера. За счет этого уменьшаются термомеханические силы между интегральной схемой 3 и покрывающей массой 5. Тем временем необходимое для приклеивания тепло полого пуансона 1 течет в клей горячего приклеивания 6 для создания соединения. Полиимид наносят на обратную сторону полупроводниковой пластины в процессе изготовления полупроводниковых пластин. Теплопроводность полиимида настолько мала, что, как показали предварительные испытания, достаточной является уже толщина слоя полиимида только в 10 мкм.

Теплоизолирующий слой 9 вследствие значения характеристики материала для теплопроводности является предпочтительно полиимидным слоем. Применение других теплоизоляторов, однако, также является возможным. Так как полиимид простым образом может быть нанесен на обратную сторону полупроводниковой пластины в процессе изготовления полупроводниковых пластин, этот выбор материала является очень выгодным.

На фиг. 3 показан модуль интегральной схемы в соединении с наложенным полым пуансоном 1. Несущая лента 2 имеет на одной стороне металлические контакты 10 и противолежащую, расположенную примерно концентрично к ним интегральную схему 3. Покрывающая масса 52 защищает активную сторону интегральной схемы 3, а также ее контактирование с металлическими контактами 10. Отчетливо видно, что посредством выемок 11 боковой, на чертеже направленный в сторону, поток тепла от полого пуансона 1 в направлении к интегральной схеме прерван. Направленный в сечении вверх или вниз поток тепла от полого пуансона 1 через металлические контакты 10 и через несущую ленту 2, не препятствуется.

На фиг. 4 представлены обычные в настоящее время контакты карты с встроенной интегральной схемой. Металлические контакты 10 в основном расположены относительно к интегральной схеме 3 в два противоположных ряда. Контур интегральной схемы 12 указывает на центральное положение интегральной схемы 3. Внутренний контур 13 полого пуансона 1 и внешний контур 14 полого пуансона 1 образуют лежащие концентрично друг в друге прямоугольники. Выполненные в виде продолговатого отверстия выемки 11 препятствуют потоку тепла внутрь в местах, в которых в металлическом слое нет и без того предусмотренных для ограничения отдельных металлических контактов 10 прерываний, то есть в направлении на интегральную схему 3, смонтированную противоположно относительно выемки 11.

Изобретение может применяться как для модулей с золотым островком, так и для других модулей, которые не содержат подобных золотых островковт

Формула изобретения

1. Модуль интегральной схемы для встраивания в основное тело карты (7), содержащий гибкую несущую ленту (2), нанесенные с одной стороны на гибкой несущей ленте (2) плоскостные металлические контакты (10), по меньшей мере, одну расположенную на противоположной контактам стороне несущей ленты (2) интегральную схему (3), которая электрически соединена с контактами, и заданную поверхность на несущей ленте (2), через которую модуль интегральной схемы является соединяемым с основным телом карты (7), отличающийся тем, что между интегральной схемой (3) и несущей лентой (2) имеется теплоизолирующий слой.

2. Модуль интегральной схемы по п.1, отличающийся тем, что теплоизолирующий слой (9) выполнен из полиимида.

3. Модуль интегральной схемы по п.2, отличающийся тем, что полиимидный слой имеет толщину 10 мкм.

4. Модуль интегральной схемы для встраивания в основное тело карты (7), содержащий гибкую несущую ленту (2), нанесенные с одной стороны на гибкой несущей ленте (2) расположенные в два ряда плоскостные металлические контакты (10), причем одна из контактных поверхностей выполнена цельной с расположенной между контактами рядами металлической поверхностью, по меньшей мере, одну расположенную на противоположной контактам стороне несущей ленты (2) интегральную схему (3), которая соединена с контактами (10), и заданную поверхность на несущей ленте (2), через которую модуль интегральной схемы является соединяемым с основным телом карты (7), отличающийся тем, что внутри металлической поверхности выполнены проходящие вертикально к контактным рядам (10) выемки (11), предусмотренные для прерывания теплового потока в направлении центрально смонтированной интегральной схемы (3) от полого пуансона (1), накладываемого кольцеобразно во внешней области металлических контактов и металлической поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4