Модуль з чіпом

1 Модуль з чіпом для монтування в основне тіло карти (7), що містить гнучку несучу стрічку (2) з хорошою теплопровідністю, нанесені на один бік гнучкої несучої стрічки (2) площинні металеві контакти (10), принаймні один розміщений на протилежному відносно контактів боці несучої стрічки (2) електронний конструктивний елемент (3) та задану поверхню на несучій стрічці (2), через яку модуль з чіпом з'єднується з основним тілом карти (7), який відрізняється тим, що між електронним конструктивним елементом (3) і несучою стрічкою (2) розташовано теплоізолювальний шар 2 Модуль з чіпом за пунктом 1, який відрізняється тим, що теплоізолювальний шар (9) виконано з поліаміду 3 Модуль з чіпом за пунктом 2, який відрізняється тим, що поліамідний шар має товщину 10 мкм 4 Модуль з чіпом для монтування в основне тіло карти (7), що містить гнучку несучу стрічку (2), нанесені на один бік гнучкої несучої стрічки (2) і розташовані в два ряди площинні металеві контакти (10), причому одна з контактних поверхонь виконана суцільною з розташованою між контактними рядами металевою поверхнею, принаймні один розміщений на протилежному відносно контактів боці несучої стрічки (2) електронний конструктивний елемент (3), який електричне з'єднаний з контактами (10), та задану поверхню на несучій стрічці (2), через яку модуль з чіпом з'єднується з основним тілом карти (7), який відрізняється тим, що всередині металевої поверхні передбачені виїмки (11), які проходять вертикально до контактних рядів (10) і переривають тепловий потік від порожнистого пуансона, що кільцеподібне накладається в ЗОВНІШНІЙ частині металевих контактів (10) і металевої поверхні, в напрямі до змонтованого в центрі електронного конструктивного елемента (3) О о 00 Винахід відноситься до модуля з чіпом, який монтують в основне тіло карти, призначеної для інтегральної схеми Карти з вмонтованим чіпом достатньо широко ВІДОМІ Можливості застосування карт з вмонтованим чіпом надзвичайно різноманітні і постійно розширюються зі збільшенням обчислювальних можливостей та ємності пам'яті ЧІПІВ, які містяться в них Однак, це супроводжується збільшенням розмірів інтегральних схем (електронних конструктивних елементів, мікросхем, ЧІПІВ), ЩО мають бути вмонтовані Конструкція карти з вмонтованим чіпом визначається безліччю ознак, які частково задаються ВІДПОВІДНИМИ нормами Це стосується, наприклад, допустимих граничних навантажень карти відносно УФ-випромінювання, рентгенівського випромі нювання, а також механічного граничного навантаження або температурної СТІЙКОСТІ В переважній більшості способів виготовлення карт з вмонтованим чіпом чіп спочатку монтують на гнучку плівку На цій ПЛІВЦІ знаходяться необхідні контакти карти Потім з готової змонтованої плівки виштамповують окремі чіп-модулі При цьому чіпи безпосередньо через носій модуля закріплюють в карті Перевагою цього є те, що сили згинання не діють на чіп Своїм зворотнім боком чіп змонтовано на гнучкій ПЛІВЦІ З'єднувальні поверхні, що знаходяться на лицьовому боці, з допомогою гнучких дротяних виводів для мікрозварювання з'єднують з контактами, які крізь гнучку плівку з'єднані з контактами карти Лицьовий бік чіпа, включно із зазначеними дротяними виводами, як правило, захищають від впливу корозії покриттям, 44809 наприклад, пластмасою Зазначені форми виконання є частинами звичайного способу упаковування ЧІПІВ у стандартні корпуси ВІДОМІ модулі з чіпами для карт з контактами і вмонтованими чіпами монтують за допомогою трьох основних технологій a) способом приклеювання ціанакрилатом, b) способом гарячого приклеювання (Hot Melt), c) контактно-адгезивним способом приклеювання Названий в пункті с) спосіб називають також приклеюванням, чутливим до тиску При цьому створене механічним тиском тангенціальне напруження в клейовому шарі призводить до зменшення в'язкості клейової речовини, що створює або, ВІДПОВІДНО, покращує фізичний контакт до з'єднувального елемента, наприклад, основного тіла карти Приклад одношарового способу гарячого приклеювання дає німецька викладена заявка DE 3639630 Приклад багатошарового способу приклеювання ціанакрилатом дає європейська заявка ЕР 0527438 Для ДОВГОВІЧНОСТІ карти з вмонтованим чіпом суттєвим є якість з'єднання чіп-модуля з тілом карти Наприклад, якщо чіп-модуль уставлено у виїмку, вифрезеровану в ТІЛІ карти, і там приклеєно, то це може бути пов'язано із значним температурним навантаженням у разі, коли використовується клей гарячого приклеювання Під модулем з чіпом розуміють носій чіпа, якийз контактного боку має ВІСІМ контактів 3 протилежного боку розміщується напівпровідникова інтегральна схема, яка знаходиться між цими контактами карти з вмонтованим чіпом, тобто з погляду бічної проекції знаходиться безпосередньо напроти Такі модулі з чіпом ВІДОМІ З US 4,625,102 та FR 2617668 В той час, як у способі приклеювання ціанакрилатом та при контактно-адгезивному способі приклеювання монтування модуля ведеться при низьких температурах Суттєвою ВІДМІННІСТЮ способу гарячого приклеювання є відносно висока температура монтування Зазвичай температури лежать в інтервалі від 200 до 250°С При цьому способі протягом імплантації модуля, яка триває менше 1,5 секунди, в модуль з чіпом вводиться велика КІЛЬКІСТЬ тепла Таким чином, нагрівається не лише шар клею, що з'єднує чіп-модуль з основним тілом карти, але також і несучий елемент чіпа, напівпровідникова інтегральна схема та захисна покривна маса При цьому слід враховувати, що конструкція модуля з чіпом містить безліч складових частин, виконаних з різних матеріалів Так, ВІДПОВІДНО до US 4,625,102, гнучка плівка, носій, може складатися, наприклад, з епоксидної смоли Нанесені на неї з одного боку контакти складаються з металу, напівпровідникова інтегральна схема - з кристалу, наприклад, кремнію, гнучкі дротяні виводи для мікрозварювання - з металу, а передбачена для лицьового боку чіпа покривна маса - з пластмаси Якщо таку систему піддають великим температурним коливанням, то наслідком цього будуть так звані деламінації, тобто розшарування розміщених один на одному шарів У випадку модуля з чіпом названого виду з'єднання між чіпом і носієм, як правило, клейове з'єднання, не є критичним Однак, короткочасне нагрівання всієї систе ми призводить, після тривалого часу зберігання і транспортування модулів, до локальних дефектів у покривній масі, які визначаються як розшарування Розшарування чіпа і покривної маси можуть викликати неправильне функціонування або вихід з ладу модуля з чіпом Це пов'язано з тим, що розшарування цієї області тягне за собою відривання електричних провідників, а саме, гнучких дротяних виводів, якими чіп приєднано до ЗОВНІШНІХ контактів Зазначений вище спосіб гарячого приклеювання для вклеювання модуля з чіпом у тіло карти ВІДПОВІДНО пов'язаний з високим тепловим навантаженням на модуль з чіпом Покривні маси, що тверднуть під дією ультрафіолетових променів, особливо схильні до розшарування Причиною цього є термічно індуковані напруження в загальній системі модуля з чіпом Ці напруження є наслідком ділатермічних неузгоджень між напівпровідниковою інтегральною схемою, несучим елементом чіпа та покривною масою ВІДПОВІДНІ коефіцієнти теплового розширення в однакових температурних діапазонах відносяться як 2,5 1018 Ймовірність появи розшарувань підвищується зі збільшенням розмірів напівпровідникової інтегральної схеми та збільшенням часу транспортування і зберігання Протягом цього названого часу покривна маса сприймає з оточуючого повітря вологу, яка викликає розширення матеріалу, що визначається також як розбухання Розбухання покривної маси та короткочасне сильне нагрівання модуля при монтуванні в основне тіло карти відповідальні за високий процент браку після монтування Це, зокрема, має місце в модулях з чіпом, до складу яких входять інтегральні схеми великої площі Такі інтегральні схеми визначаються як мікроконтролери та/або криптоконтролери Попередні заходи по усуненню недоліків відомих способів полягали в розробці, виборі та випробовуванні покривних мас, яким притаманне низьке поглинання вологи, а також в заходах, що викликають підвищення адгезії покривних мас, наприклад, збільшення шорсткості поверхні носія чіпа Так, наприклад, були використані покривні маси, які забезпечені засобом, що підвищує адгезію (на основі си лан/сил океану) В основу винаходу постадено задачу створити модуль з чіпом для монтування в картах з чіпами, при якому виключається розшарування покривної маси та електронного конструктивного елемента з наслідком у вигляді втрати правоздатності модуля з чіпом при способі з'єднання між модулем з чіпом та тілом карти Розв'язання цієї задачі здійснюється за рахунок модулів з чіпами з ознаками пунктів 1 або 4 формули винаходу Для монтування модуля з чіпом будь-яким способом ззовні повинна підводитися певна КІЛЬКІСТЬ тепла Це здійснюється за рахунок зовнішнього, наприклад, виробленого в пуансоні, тепла, яке за рахунок прикладання пуансона до модуля з чіпом переходить в нього Метою внесення тепла є підвищення.температури в місцях або на поверхнях, де має створюватися клейове з'єднання між носієм модуля з чіпом і тілом карти Перенос тепла в ІНШІ області модуля з чіпом має бути МІНІМІЗО 44809 ваним Оскільки при виготовленні клейового з'єднання порожнистий пуансон, що віддає тепло, накладають на розміщені на гнучкій ПЛІВЦІ контакти, і через них у модуль з чіпом вводять деяку КІЛЬКІСТЬ тепла, то значний теплоперенос в напрямі до чіпа не може бути перервано Оскільки покривна маса, що також знаходиться в контакті з гнучкою несучою плівкою, має малий коефіцієнт теплопровідності, то значна КІЛЬКІСТЬ внесеної енергії йде від гнучкої несучої плівки до чіпа через шар клею Це призводить не лише до нагрівання чіпа, але також до розшарування чіпа і покривної маси поблизу контактів Для відвернення цього між шаром клею і чіпом розміщують теплоізолювальний шар Інше рішення задачі передбачає виконання цільовим чином розміщених виїмок в металевих контактах, на які накладають порожнистий пуансон для підведення тепла Якщо застосування теплоізолювального шару між чіпом та шаром клею, який з'єднує чіп з модулем, відвертає теплопередачу всередині модуля в напрямі чіпа, то виїмки в металевих контактах виключають бокову, тобто вздовж площини металевих контактів, теплопередачу Після того, як порожнистий пуансон приблизно по кільцю прикладено до металевих контактів у ЗОВНІШНІЙ частині модуля з чіпом, і чіп на протилежному боці носія модуля розміщений приблизно концентричне відносно металевих контактів, він також лежить у внутрішній частині порожнистого пуансона Звідси видно, що тепловий потік, який проходить вертикально через виконаний плоским модуль, є бажаним для здійснення гарячого приклеювання Виїмки в металевих контактах розміщені так, що тепловий потік вздовж електричних контактів, який розповсюджується паралельно плоскому модулю з чіпом, переривається за рахунок згаданих виїмок Таким чином, за рахунок конструктивних засобів усувається прогрівання модуля з чіпом протягом короткого часу монтування способом гарячого приклеювання Тепловий потік через шар металевих контактів, які мають найкращу теплопровідність, таким чином, у відповідному напрямі частково переривається Комбінований епоксидноскловолоконний шар, що знаходиться на внутрішньому боці модуля з чіпом, має теплопровідність, нижчу на декілька порядків величини, внаслідок чого відносно згаданої вище поставленої мети цей шар не має значення Виїмки, як правило, є поздовжніми отворами, аби бути достатньо широким бар'єром всередині контуру порожнистого пуансона Варіанти здійснення винаходу, яким віддається перевага, показані в залежних пунктах формули винаходу В подальшому приклади виконання описано за допомогою схематичних фігур Фігура 1 подає зображення в розрізі з відносним положенням порожнистого пуансона при монтуванні модуля з чіпом у тіло карти, Фігура 2 подає зображення ВІДПОВІДНО ДО фігури 1 З додатковим теплоізолювальним шаром між гнучкою несучою плівкою і чіпом, Фігура 3 зображує модуль з чіпом у перетині, причому всередині шару металевих контактів 10 існують виїмки 11, Фігура 4 схематично подає вид зверху на металеві контакти, де зображено виїмки і контур чіпа Винахід дозволяє уникнути розшарування покривної маси поблизу чіпа при застосуванні способу гарячого приклеювання для монтування модулів із золотим острівцем в тіло карти При монтуванні модулів способом гарячого приклеювання модуль з чіпом, ВІДПОВІДНО до фігури 1, приклеюють на тіло карти шляхом використання порожнистого пуансона, що має відносно високу температуру, наприклад, 200°С, і створює силову дію з ВІДПОВІДНИМ часовим управлінням На фігурі 1 детально показано порожнистий пуансон 1, який накладається на гнучку несучу стрічку 2 з хорошою теплопровідністю Оскільки В цьому МІСЦІ знаходяться металеві контакти, які видно зовні, порожнистий пуансон накладається на них На внутрішньому боці модуль з чіпом має шар клею 8, за допомогою якого чіп 3 фіксується на несучій стрічці 2 Рамка 4 для збільшення жорсткості також розташована на несучій стрічці 2 і оточує чіп З Покривна маса 51 захищає чіп 3 та його електричні провідники, що ведуть до контактів, від корозії та зовнішнього механічного впливу Модуль з чіпом вклеєний у тіло-карти 7 за допомогою клею гарячого приклеювання 6 Для відвертання можливості того, щоб значна КІЛЬКІСТЬ тепла безпосередньо від порожнистого пуансона протікала через несучу стрічку 2 і клей 8 до чіпа 3, що має місце на фігурі 1, у відповідне цій фігурі зображення на фігурі 2 додатково привнесено теплоізолювальний шар 9 Таким чином, запобігають ситуації, коли проявляється дія різних термічних коефіцієнтів розширення чіпа (наприклад, кремнію), покривної маси і гнучкої несучої стрічки, що при високій температурі викликає пошкодження за рахунок сильних термомеханічних сил Ці СИЛИ виникають, коли в загальну систему вносяться високі температури, наприклад, при способі монтування модуля з чіпом Це може призвести до розшарування При цьому покривна маса може ВІДДІЛЯТИСЯ від чіпа і викликати функціональні відмови модуля, наприклад, за рахунок пошкодження електричних провідників між чіпом та ЗОВНІШНІМИ контактами За рахунок нанесення полммідного шару на зворотній бік чіпа можна уникнути явища розшарування Полимід має низьке значення коефіцієнта теплопровідності, тому він може застосовуватися як тепловий бар'єр За рахунок цього зменшуються термомеханічні сили між чіпом 3 та покривною масою 5 Тим часом необхідне для приклеювання тепло порожнистого пуансона 1 тече в клей гарячого приклеювання 6 для створення з'єднання Полммід наносять на зворотній бік напівпровідникової пластини в процесі виготовлення напівпровідникових пластин Теплопровідність полмміду настільки мала, що згідно з попередніми випробовуваннями достатнім є вже шар полиміду товщиною лише 10 мкм Теплоізолювальним шаром 9, внаслідок теплопровідних характеристик матеріалу, є переважно ПОЛІІМІДНИЙ шар Однак, можливе також застосування інших теплоізоляторів Оскільки ПОЛММІД простим чином може бути нанесеним на зворотній бік напівпровідникової пластини в процесі її виго 44809 товлення, вибір цього матеріалу є дуже вигідним На фігурі 3 показано модуль з чіпом у поєднанні з накладеним порожнистим пуансоном 1 Несуча стрічка 2 має з одного боку металеві контакти 10 і розташований з протилежного боку приблизно концентричне до них чіп 3 Покривна маса 52 захищає активний бік чіпа 3, а також місця його з'єднання з металевими контактами 10 На кресленні чітко видно, що за рахунок виїмок 11 боковий потік тепла від порожнистого пуансона 1 в напрямі чіпа перервано Потік тепла від порожнистого пуансона, спрямований у перерізі догори або донизу через металеві контакти 10 і через несучу стрічку 2, не має перешкод На фігурі 4 показані звичайні контакти карти з вмонтованим чіпом Металеві контакти'10 розта 8 шовані відносно чіпа 3 в основному двома протилежними рядами Контур чіпа 12 вказує на центральне положення чіпа 3 Внутрішній контур 13 порожнистого пуансона 1 і ЗОВНІШНІЙ контур 14 порожнистого пуансона 1 утворюють прямокутники, що концентричне лежать один в одному Виконані у вигляді поздовжнього отвору виїмки 11 створюють перешкоду для потоку тепла всередину в тих місцях, де в металевому шарі відсутні передбачені обмеження для окремих металевих контактів 10, тобто в напрямі до чіпа 3, змонтованого з протилежного боку відносно виїмки 11 Винахід може бути застосованим як для модулів із золотим острівцем, так і для інших модулів, у яких немає подібних золотих острівців ФІГ. 1 ,6 4 3 51 Фіг. 2 14 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90