Несущий элемент для полупроводникового кристалла, предназначенный для встраивания в карточку с интегральными схемами

 

Изобретение относится к несущему элементу для полупроводникового кристалла и может быть использовано для встраивания в карточку с интегральными схемами. Техническим результатом является повышение защиты от разрушения. Устройство содержит массу покрытия, окружающую и защищающую полупроводниковый кристалл, и по меньшей мере два вывода из проводящего материала, имеющие обращенные друг к другу концы уменьшенной толщины. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к несущему элементу для полупроводникового кристалла по меньшей мере с двумя выводами, в частности, для встраивания в карточку с интегральными схемами (ИС), причем элемент включает в себя герметизирующую и защищающую массу покрытия, выводы выполнены из проводящего материала и на концах, обращенных друг к другу, имеют уменьшенную толщину, причем в поперечном сечении только с одной стороны имеется ступенька. Полупроводниковый кристалл размещен на выводах в области этого участка уменьшенной толщины и с ними связан механически.

Подобный несущий элемент известен из патента Японии JP 08-116016 А, как представлено в рефератах к японским патентам. Этот известный несущий элемент, однако, не пригоден для встраивания в карточку с ИС, поскольку он с обеих сторон снабжен герметизирующей массой и выводы не доступны требуемым образом.

Известны разнообразные несущие элементы для полупроводниковых кристаллов, предназначенные для встраивания в карточку с ИС. Так, в патенте США 5134773 описан несущий элемент с контактными площадками из проводящего материала в форме рамки, в котором полупроводниковый кристалл приклеен на расположенный в центре островок для кристалла и электрически соединен посредством припаиваемых проволочных выводов с контактными площадками, расположенными по периферии. Полупроводниковый кристалл окружен герметизирующей массой, защищающей кристалл и проволочные выводы и, кроме того, удерживающей контактные площадки в их положении. Так как к контактным площадкам со стороны, обращенной к ИС, должен быть обеспечен свободный доступ, герметизирующая масса имеется только на одной стороне. Чтобы, несмотря на это, обеспечить хорошее механическое крепление, контактные площадки на стороне, обращенной к ИС, в области электрически изолирующих их друг от друга щелевых отверстий имеют задние вырезы, заполненные герметизирующей массой и реализующие соединение типа клепаного соединения.

Несущий элемент, описанный в патенте США 5134773, предназначен для использования в составе так называемых контактных карточек с ИС, т.е. имеет расположенную на внешней поверхности карточки с ИС контактную площадку, доступную для считывающего устройства, однако также известно, что предусматриваются только два вывода, которые могут электрически соединяться с катушкой, расположенной на карточке или на устройстве ввода карточки.

Кроме того, возможно изготовить выводы по числу и по форме выполнения таким образом, чтобы они были пригодны для соединения как с катушкой или соответственно антенной, так и со считывающим устройством.

При изготовлении бесконтактных карточек с ИС на основе техники ламинирования, когда несущая фольга катушки располагается на несущем элементе и запаивается с помощью по меньшей мере двух накрывающих пленок, часто имеет место то, что ламинируемый несущий элемент необходимо выполнить по возможности с малыми геометрическим размерами, чтобы обеспечить оптимальное обтекание накрывающей пленки, размягчающейся под влиянием температуры и давления, вокруг несущего элемента и тем самым получить высококачественную карточку без провалов и дефектов отпечатков, т.е. плоскую внешнюю поверхность, к которой впоследствии прикладывается давление.

Типовая конструкция карточки с ИС для бесконтактного применения предусматривает следующее: несущая фольга катушки имеет толщину около 200 мкм, две фольги сердечника имеют толщину около 100 мкм, две печатные фольги с обеих сторон имеют толщину около 150 мкм и две фольги защиты от царапин имеют толщину около 50 мкм. Все это вместе дает толщину примерно 800 мкм в соответствии со стандартом ISO 7816. Отсюда получается требуемая высота несущего элемента менее 400 мкм и минимально возможная протяженность в плоскости карточки.

При реализации известного из патента США несущего элемента получается высота, превышающая 400 мкм, вследствие монтажа кристалла на островке для кристалла и высоты петли припаиваемых проволочных выводов.

Задачей изобретения является создание несущего элемента, который имеет незначительную высоту и улучшенную характеристику прочности на разрушение и при этом прост в изготовлении.

Указанная задача решается несущим элементом согласно пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Выводы, которые во время монтажа полупроводникового кристалла и покрытия кристалла и соединительных проводников являются составной частью опорой рамки, так называемой рамки выводов, имеют участок уменьшенной толщины, чтобы в сечении только с одной стороны имелась ступенька. Участок с уменьшенной толщиной в соответствии с изобретением изготавливается штамповкой. При этом уменьшение толщины на 50% номинальной толщины выводов в большинстве случае является достаточным.

Это означает, что основная поверхность выводов является плоской, в то время как противоположная плоскость имеет ступеньку. Полупроводниковый кристалл размещается в области этого участка. Он может располагаться как на стороне ступеньки, так и на противоположной стороне. Предпочтительно кристалл своей активной стороной ориентирован в сторону от выводов, если он размещается на стороне выводов со ступенькой. Если он размещен на противоположной стороне, то в предпочтительном варианте он монтируется ориентированным своей активной стороной к выводам, так как припаиваемые проволочные выводы в области участка меньшей толщины могут соединяться с выводами и тем самым высота петли припаиваемых проволочных проводников не имеет большого значения. В обоих случаях обеспечивается желательная экономия по высоте.

Максимально возможная экономия по высоте достигается за счет использования так называемого монтажа методом перевернутого кристалла, при котором полупроводниковый кристалл непосредственно своими контактными площадками, которые предпочтительно снабжены выступами, так называемыми столбиковыми выводами, припаивается или приклеивается на выводы. Благодаря этому можно отказаться от припаиваемых проволочных выводов.

Отказ от островка для размещения кристалла имеет преимущество, заключающееся не только в меньшей толщине несущего элемента, но и в лучшем закреплении массы покрытия на выводах, так как масса покрытия может окружать кристалл с обеих сторон и образует хорошее соединение кристалла с выводами. За счет исключения островков для размещения кристалла исключаются также силы, вызванные концентрацией напряжений, результатом чего являются улучшенные свойства прочности на разрушение.

Следствием желательной меньшей высоты несущего элемента является то, что одна из поверхностей выводов остается свободной и может использоваться для осуществления контактов. В наилучшей конструкции карточки с ИС, в частности ламинированной карточки с ИС, предпочтительным является такое выполнение, когда масса покрытия, находящаяся между выводами, располагается на одной линии с поверхностью выводов.

Выводы могут выступать относительно массы покрытия и образовывать в этих местах контактные лепестки для соединительных выводов антенны. Это является предпочтительным для способа монтажа, при котором антенная катушка нанесена на несущей фольге. Несущая фольга предпочтительно имеет вырез или выемку, в которой должна располагаться масса покрытия, в то время как выводы или, соответственно, в данном случае контактные лепестки должны на несущей фольге прилегать к выводам катушки.

Также возможен вариант, когда выводы предусмотрены только в области массы покрытия, что имеет преимущество, состоящее в том, что подобный несущий элемент может быть введен позже, уже в ламинированную карточку, которая, однако, имеет выемку. Предпочтительным образом концы антенной катушки располагаются в такой выемке, чтобы обеспечить возможность простым способом осуществить соединение с выводами несущего элемента, например, путем приклеивания, припаивания или с помощью пружинящих соединительных элементов.

Несущий элемент, который имеет только такие контактные площадки вместо выступающих над кромками контактных лепестков, может также непосредственно наноситься на несущую фольгу катушки. В таком случае соответствующая сердцевинная фольга ламината карточки должна иметь выемку.

Контактные лепестки могут предпочтительным образом иметь расширенные концы, чтобы лучше соединяться с выводами навитой катушки.

Особенно хорошее закрепление массы покрытия с выводами обеспечивается в том случае, если выводы изогнуты под прямым углом к кристаллу и поэтому отогнутые участки лежат в массе покрытия. Если контактные лепестки отогнуты под прямым углом предпочтительно в другом направлении, то получается еще более эффективное закрепление. Кроме того, таким путем формируются другие контактные площадки, которые могут использоваться для альтернативных форм монтажа.

Изобретение поясняется ниже на примерах осуществления со ссылками на чертежи, на которых показано следующее: Фиг. 1-6 - виды в сечении различных форм выполнения несущего элемента, соответствующего изобретению, Фиг. 7 - несущий элемент с контактными лепестками для монтажа на несущей фольге катушки и Фиг. 8 - несущий элемент с контактными площадками для монтажа на несущей фольге катушки или непосредственно на карточке с ИС.

На фиг.1 показан соответствующий изобретению несущий элемент в сечении, указанном на фиг. 7. Два вывода 1 размещены вдоль противоположно расположенных краев несущего элемента. Они служат, с одной стороны, в качестве плоскости опоры для полупроводникового кристалла 2 и, с другой стороны, для контактирования с ними вне несущего элемента. С этой целью они соединяются с полупроводниковым кристаллом 2 с помощью припаиваемых проволочных выводов 4. Полупроводниковый кристалл 2 механически связан с выводами 1 с помощью клеящего средства 3. Полупроводниковый кристалл 2 и припаиваемые проволочные выводы 4 залиты или покрыты массой покрытия 5. Масса покрытия 5 предпочтительно имеет светлый цвет, в отличие от обычной коммерчески доступной черной массы покрытия, просвечивающей сквозь слои карточки с ИС.

Как можно видеть из фиг.7, выводы 1 предпочтительным образом расположены в области диагональных углов несущего элемента, чтобы обеспечить однородную и уравновешенную подложку для полупроводникового кристалла во время монтажа. Выводы 1 в целях монтажа соединены с поддерживающей их рамкой, так называемой рамкой выводов, и после монтажа кристалла и заливки или нанесения покрытия вырубаются из нее. В показанных примерах предусмотрены только два вывода 1, так как эти несущие элементы прежде всего пригодны для бесконтактных карточек с ИС. Однако можно предусмотреть несколько выводов в качестве контактных площадок в соответствии со стандартом ISO 7816, чтобы получить таким образом несущий элемент для контактной карточки с ИС. Существенным является то, что не предусматриваются никакие островки для кристалла. Тем самым обеспечивается исключение возникновения усилий, обусловленных концентрацией напряжений, и, с другой стороны, масса покрытия 5 может наноситься на весь кристалл 2 и тем самым способствовать лучшему закреплению выводов 1 на несущем элементе, так как они большей частью закрепляются посредством клеевого соединения 3, а не только за счет сил адгезии между массой покрытия 5 и выводами 1.

Еще более эффективное закрепление выводов 1 обеспечивается в том случае, если они изогнуты под углом, как показано на фиг.2. Первый участок 1с вывода 1 изогнут примерно под прямым углом к кристаллу 2. В другом варианте осуществления и второй участок 1d также изгибается примерно под прямым углом в другом направлении. Тем самым возникает еще одна доступная извне контактная площадка, так что подобный несущий элемент становится пригодным для использования в так называемых "комбикарточках", так как он с одной стороны может соединяться с катушкой, а с другой стороны может контактировать со считывающим устройством. В этом случае необходимо более двух выводов. Однако в общем случае достаточно использовать только два изогнутых вывода.

Наряду с исключением островка для размещения кристалла один из основных аспектов несущего элемента, соответствующего изобретению, иллюстрируется отрезком 1а вывода 1, который, в противоположность номинальной толщине, имеет уменьшенную толщину, причем ступенька имеется только на одной стороне вывода 1, как показано в разрезе на чертеже. Тем самым общая высота несущего элемента уменьшена примерно наполовину от толщины вывода, если полупроводниковый кристалл 2 размещается в области этого участка 1a c уменьшенной толщиной. Так как эти участки 1а могут выполняться малых размеров, на механические свойства вывода 1 не оказывается отрицательного влияния.

На фиг.1 и 2 показан полупроводниковый кристалл 2, размещенный на стороне со ступенькой в сечении вывода 1, причем активная сторона полупроводникового кристалла 2, т.е. сторона, на которой имеются интегральные схемы, ориентирована в сторону от выводов 1. На фиг.3 и 4 показаны варианты, на которых полупроводниковый кристалл 2 размещен на стороне выводов 1, противоположной стороне со ступенькой в сечении, причем активная сторона ориентирована в сторону к выводам 1. Припаиваемые проволочные выводы 4, согласно изобретению, подсоединяются на участке 1а с уменьшенной толщиной, так что высота петли проволочного проводника не должна приводить к дополнительному увеличению высоты несущего элемента. Дополнительная экономия высоты может достигаться за счет того, что обратная сторона кристалла не снабжается массой покрытия 5, как следует из фиг.4. Это становится возможным, потому что активная сторона полупроводникового кристалла 2 ориентирована в сторону выводов 1.

На фиг. 5 и 6 показаны другие возможные варианты монтажа, в которых полупроводниковый кристалл 2 соединен с выводами 2 путем применения монтажа по методу перевернутого кристалла. Контактные площадки кристалла 2 при этом непосредственно соединяются с участками выводов с меньшей толщиной. Перед этим они могут снабжаться проводящими выступами 6, так называемыми столбиковыми выводами или выступами для пайки. Наименьшую высоту имеет несущий элемент, соответствующий фиг.6, в случае полупроводникового кристалла 2, смонтированного по методу перевернутого кристалла в области участка 1а меньшей толщины, при этом обратная сторона кристалла остается не покрытой массой покрытия 5.

На фиг.7 показан возможный вариант встраивания соответствующего изобретению несущего элемента в несущую фольгу 7 для антенной катушки 8. Несущий элемент имеет выводы 1 с контактными лепестками, т.е. выводы 1, которые выступают над кромкой массы покрытия 5. Контактные лепестки имеют расширенные концы 1b, чтобы обеспечить возможность лучшего контакта с выводами катушки 10. При монтаже масса покрытия 5 вводится в выемку 9 в несущей фольге, причем контактные лепестки 1 входят в контакт с выводами катушки 10. Эти варианты монтажа обеспечивают особенно плоскую конструкцию несущего элемента в ламинированной карточке.

На фиг.8 показан вариант, в котором выводы 1 выполнены в виде контактных площадок, которые на чертеже не видны, так как они располагаются на нижней стороне несущего элемента. Показано, что выступающие над кромкой массы покрытия 5 участки удалены, что делается, например, при вырубке из рамки выводов. Несущий элемент помещается на несущую фольгу 7 катушки и контактирует с выводами 10 катушки. Чтобы получить плоскую поверхность карточки, верхняя сердцевинная фольга ламината карточки с ИС должна иметь выемку.

Несущий элемент, выполненный в соответствии с такими вариантами, может вводиться в уже заламинированную или залитую карточку 11, которая для этой цели имеет выемку 12. В выемке 12 можно видеть выводы 10 катушки, которые благодаря такому предпочтительному положению обеспечивают возможность простого контактирования с выводами 1 несущего элемента.

Такое последующее встраивание несущего элемента в карточку с ИС 11 обеспечивает простой способ изготовления так называемой комбикарточки, которая с одной стороны имеет контактные площадки для контактирования со считывающим устройством, расположенные на одной поверхности карточки с ИС 11, а с другой стороны она имеет катушку 8. Для такого варианта осуществления особенно пригоден несущий элемент, выполненный, как показано на фиг.2.

Формула изобретения

1. Несущий элемент для полупроводникового кристалла (2) с по меньшей мере двумя выводами (1) преимущественно для встраивания в карточку с интегральными схемами (11), причем упомянутый элемент содержит массу покрытия (5), окружающую и защищающую полупроводниковый кристалл (2), упомянутые выводы (1) выполнены из проводящего материала и имеют обращенные друг к другу концы (1а) уменьшенной толщины по сравнению с номинальной толщиной выводов (1), причем в сечении только с одной стороны образуется ступенька, полупроводниковый кристалл (2) размещен на выводах (1) в области указанного участка (1а) уменьшенной толщины и механически связан с выводами (1), отличающийся тем, что выводы (1) размещены на одной из поверхностей массы покрытия (5) вдоль только двух противоположных краев, и концы (1а) уменьшенной толщины выводов (1) выполнены посредством штамповки.

2. Несущий элемент по п. 1, отличающийся тем, что свободно лежащая поверхность выводов (1) располагается на одной линии с поверхностью массы покрытия (5).

3. Несущий элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выводы (1) проходят только в области массы покрытия (5) и там образуют контактные площадки.

4. Несущий элемент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что выводы (1) выступают над краем массы покрытия (5) и образуют контактные лепестки.

5. Несущий элемент по п. 4, отличающийся тем, что контактные лепестки (1) имеют расширенный конец (1b).

6. Несущий элемент по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что полупроводниковый кристалл (2) размещен на выводах (1), и активная сторона полупроводникового кристалла (2) обращена к выводам (1).

7. Несущий элемент по п. 6, отличающийся тем, что полупроводниковый кристалл (2) размещен на стороне выводов (1), имеющей в сечении ступеньку.

8. Несущий элемент по п. 7, отличающийся тем, что механические соединения действуют также в качестве электрических соединений (6).

9. Несущий элемент по п. 7, отличающийся тем, что электрические соединения выполнены посредством припаиваемых проволочных выводов (4).

10. Несущий элемент по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что полупроводниковый кристалл (2) размещен на стороне выводов (1), имеющей в сечении ступеньку, и активная сторона полупроводникового кристалла (2) обращена в направлении от выводов (1), причем электрические соединения выполнены посредством припаиваемых проволочных выводов (4).

11. Несущий элемент по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что первый участок (1с) выводов (1) изогнут примерно под прямым углом по отношению к полупроводниковому кристаллу (2).

12. Несущий элемент по 11, отличающийся тем, что участок (Id) выводов (1) изогнут примерно под прямым углом в направлении от полупроводникового кристалла (2).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8