Картка із вмонтованим кристалом інтегральної схеми (ic) і напівпровідниковий кристал ic для застосування в картці

1 Картка із вмонтованим кристалом інтегральної схеми (1С), із тілом картки і множиною виконаних з електропровідного матеріалу контактних площадок, які електрично з'єднані з контактними виводами, що відповідають електронній схемі, виконаній на напівпровідниковій підкладці напівпровідникового кристала 1С, яка відрізняється тим, що контактні площадки виготовлені у вигляді структурованого покриття на оберненій до електронної схеми головній поверхні напівпровідникового кристала 1С так, що контактні площадки цілком обпираються на напівпровідникову підкладку напівпровідникового кристала 1С, а виготовлений разом із контактними площадками напівпровідниковий кристал 1С вставлений у прийомний отвір тіла картки і закріплений таким чином, що контактні площадки проходять в основному врівень із зовнішньою поверхнею тіла картки 2 Картка із вмонтованим кристалом 1С за п 1,яка відрізняється тим, що кристал 1С, що несе на своїй головній поверхні контактні площадки, міцно закріплений за допомогою клеючого матеріалу або адгезійного матеріалу усередині приймального отвору тіла картки 3 Картка із вмонтованим кристалом 1С за п 1 або 2, яка відрізняється тим, що товщина напівпровідникової підкладки, яка складається переважно із кремнію, для підвищення гнучкості значно менша, ніж 200 мкм, переважно 150 мкм або менше, зокрема краще 100 мкм або менше 4 Картка із вмонтованим кристалом 1С за будьяким пп 1-3, яка відрізняється тим, що на несучу електронну схему головну поверхню напівпровідникової підкладки нанесений тонкий ізолюючий шар, на який осаджені контактні площадки у формі структуро ва ного покриття 5 Напівпровідниковий кристал 1С із контактними виводами, які додані у ВІДПОВІДНІСТЬ електронній схемі, виконаній на напівпровідниковій підкладці напівпровідникового кристала 1С, який відрізняється тим, що електрично з'єднані з контактними виводами контактні площадки виготовлені у формі структуро ва ного покриття на оберненій до електронної схеми головній поверхні напівпровідникового кристала 1С так, що контактні площадки цілком обпираються на напівпровідникову підкладку напівпровідникового кристала 1С 6 Напівпровідниковий кристал 1С за п 5, який відрізняється тим, що на несучу електронну схему головну поверхню напівпровідникової підкладки нанесений тонкий ізолюючий шар, на який осаджені контактні площадки у формі структуро ва ного покриття 7 Напівпровідниковий кристал 1С за п 5 або 6, який відрізняється тим, що товщина напівпровідникової підкладки, яка складається переважно з кремнію, для підвищення гнучкості складає значно менше 200 мкм, переважно порядку 150 мкм або менше, зокрема краще порядку 100 мкм або менше 8 Напівпровідниковий кристал 1С за п 7, який відрізняється тим, що товщина напівпровідникової підкладки, яка складається переважно з кремнію, складає порядку 50 -100 мкм 9 Напівпровідниковий кристал 1С за будь-яким з пп 5 - 8 , який відрізняється тим, що загальна товщина електопровідного покриття для контактних площадок складає порядку 30-50 мкм 10 Напівпровідниковий кристал 1С за одним з пп 5 - 9, який відрізняється тим, що електропровідне покриття для контактних площадок складається з множини електропровідних шарів О (О ю 00 ю 58516 Винахід стосується картки з вмонтованим кристалом інтегральної схеми (1С) ВІДПОВІДНО ДО обмежувальної частини пункту 1 формули винаходу і напівпровідникового кристала 1С, зокрема, для застосування в картці з вмонтованим кристалом 1С згідно з обмежувальною частиною пункту 5 формули винаходу Подібні картки з вмонтованим кристалом 1С, а також напівпровідникові кристали 1С для застосування в картці з вмонтованим кристалом 1С ВІДОМІ, наприклад, із книги "Довідник по карткам із вмонтованими кристалами 1С", Вольфганг Ранкль, Вольфганг Еффінг, видавництво Карл Ханзер, Мюнхен, Відень 1995 Згідно З ЦИМ ДОВІДНИКОМ при виготовленні карток із вмонтованими кристалами 1С спочатку виготовляють так називані модулі кристала 1С, які представляють собою проміжні вироби, які виробляються як технологічно закінчені одиниці і можуть незалежно перероблятися далі в кінцеві вироби Під модулем кристала 1С при цьому розуміється пристрій, у якому на або в електрично ізолюючому носи розташована одна або декілька інтегральних напівпровідникових схем у вигляді кристалів 1С або інтегральних схем, які з'єднані через з'єднувальні виводи із системою струмопровідних доріжок передбаченою на одному боці або на обох боках носія, причому носій являє собою, як правило, гнучку плівку, на якій монтується власне кристал 1С, і на якій знаходяться в більшості випадків позолочені контактні площинки картки з вмонтованим кристалом 1С При виготовленні такого модуля 1С в основному застосовуються дві різні техніки упаковки напівпровідникового кристала 1С на гнучкому стрічковому носи а саме так звану АССН (автоматизоване складання 1С на гнучкому стрічковому носи у вигляді плівки), а також техніка приєднання дротових виводів У техніці АССН спочатку на ВИВІДНІ ПЛОЩИНКИ (Pads) кристала 1С гальванічно наносять металеві стовпчикові виводи (Bumps), на які потім припаюють струмопровідні доріжки гнучкого стрічкового носія у вигляді плівки Це паяне з'єднання витримує таке механічне навантаження, що самий кристал 1С більше не повинен закріплюватися, а тільки висить на струмопровідних доріжках Перевага способу АССН полягає у здатності виводів кристала 1С витримувати високе механічне навантаження і у малій конструктивній висоті модуля Ця перевага повинна, однак, купуватися більш високою ціною в порівнянні з модулем із приєднанням дротових виводів У цьому способі в якості матеріалу носія знову-таки передбачена пластмасова плівка, на передньому боці якої гальванічно нанесені контактні площинки, які мають золоте покриття Для прийому кристалів 1С і дротових з'єднань у стрічковому носи у вигляді плівки виштамповують дірки Кристал 1С закріплюють потім у передбаченій виштамповці зі зворотного боку на струмопроВІДНІЙ доріжці (монтаж кристалів 1С) Потім виводи кристалів 1С з'єднують тонкими дротиками (декілька мікрон) із зворотним боком контактів Зрештою кристал 1С і дротові виводи захищають заливальною масою від впливів навколишнього середовища Перевага цього способу полягає утому, що він наближається в значній мірі до звичайного у на півпровідниковій промисловості способу упаковки кристалів 1С у стандартні корпуси і тому є більш економічним Недолік його полягає в тому, що як конструктивна висота, так і довжина і ширина модуля є значно більшими, ніж у модулі АССН, оскільки не тільки кристал 1С, але також і дротові виводи повинні захищатися заливальною масою За рахунок цього, проте, збільшуються проблеми при вмонтовування модулів кристалів 1С у картки ЄР 0 207 852 А1 показує модуль, який виконаний подібно модулю АССН, (модуль, змонтований на гнучкому стрічковому носи у вигляді плівки) Напівпровідниковий кристал 1С там також містить паяні стовпчикові виводи, які з'єднані із струмопровідними доріжками на гнучкому стрічковому носи у вигляді плівки У всякому разі струмопровідні доріжки там друкують за допомогою пуансону по типу способу глибокої витяжки крізь виїмки в гнучкому стрічковому носи, щоб потім їх можна було з'єднати з паяними стовпчиковими виводами Цей спосіб є, однак, дуже складним Крім того, паяні стовпчикові виводи повинні бути дуже точно позицюновані, щоб гарантувати чисте з'єднання із струмопровідними доріжками З готового змонтованого плівкового носія у вигляді плівки потім виштамповують окремі модулі кристалів 1С і вмонтовують у картку У цьому методі не має місця безпосереднє кріплення напівпровідникового кристала 1С у картці, що є перевагою, що сили вигину, які виникають при механічному навантаженні картки, у значній мірі не доходять до напівпровідникового кристала 1С Для усіх дотепер відомих технік конструювання модулів або, ВІДПОВІДНО, технологій корпусування у секторі карток із вмонтованим кристалом 1С є загальна мета, захистити інтегральну схему від механічного навантаження внаслідок вигинів або скручування, яка внаслідок крихкості матеріалу інтегральної схеми може призводити до и руйнування Стандартна товщина інтегральних схем або, ВІДПОВІДНО кристалів 1С, застосовуваних у картках, складає в даний час порядку 200мкм Модуль пружності кремнію при цьому має порядок величини 190 • 103Н/мм2, поведінка матеріалу кремнієвого кристала таким чином є надзвичайно крихким Захист корпусом чутливого напівпровідникового кристала 1С внаслідок необхідних при цьому витрат на монтаж і матеріали є інтенсивною з точки зору витрат і внаслідок підлягаючих виконанню тільки після виготовлення інтегральної схеми виробничих і монтажних операцій вимагає великих витрат часу В основі даного винаходу лежить задача надання у розпорядження більш простого у порівнянні з дотепер відомими модулями кристалів 1С пристрою із напівпровідниковою інтегральною схемою, який є придатним для застосування в картці з вмонтованим кристалом 1С і, зокрема, задовольняє заданим для карток із вмонтованим кристалом 1С згинальним навантаженням Це задача вирішується за рахунок картки з вмонтованим кристалом 1С, ВІДПОВІДНО ДО пункту 1 формули винаходу, і за рахунок напівпровідникового кристала 1С, зокрема, для застосування в картці з вмонтованим кристалом 1С, ВІДПОВІДНО ДО 58516 пункту 5 формули винаходу перед ламінуванням у плівках виштамповують Згідно З винаходом передбачено, що контактні ВІДПОВІДНІ отвори і потім встановлюють напівпроплощинки виготовлені у вигляді структурованого відниковий кристал 1 і міцно зварюють напівпроС покриття на зверненій до електронної схеми головідниковий кристал 1 із тілом картки Крім того, С вної поверхні напівпровідникового кристала 1 і С рішення, що відповідає винаходові, є придатним виготовлений разом із контактними площинками також для тіл карток, які виготовляють способом напівпровідниковий кристал 1 вставлений і закріС лиття під тиском Для цього все тіло картки, вклюплений у прийомному отворі тіла картки таким чаючи гніздо для напівпровідникового кристала 1С, чином, що контактні площинки в основному проховиготовляють у вигляді вилитої під тиском деталі і дять урівень із зовнішньою поверхнею тіла картки вклеюють в неї напівпровідниковий кристал 1С В основі винаходу при цьому насамперед заБІЧНІ розміри прийомного отвору тіла картки, дум цілком ВІДІЙТИ від модуля кристала 1С, який яке приймає приблизно із посадкою напівпровідвиготовляється до цих пір завжди у вигляді проміниковий кристал 1С, визначені функціональністю жного виробу, і запропонувати безмодульне вигоінтегральної схеми, яка вимагається, або, ВІДПОВІтовлення картки з вмонтованим кристалом 1С, у ДНО, напівпровідникового кристала 1 і бажаними, С якої напівпровідниковий кристал 1С безпосередньо або, ВІДПОВІДНО необхідними ВІДПОВІДНО ДО стандамає необхідні контактні площинки, і імплантувати рту ІСО розмірами контактних площинок Перевага виготовлений разом із контактними площинками надається, якщо виконання винаходу базується на напівпровідниковий кристал 1 безпосередньо, С напівпровідниковому матеріалі кремнію, зокрема, тобто без будь-яких несучих або захисних плівок кристалічному кремнію Крім того, по причинах або тому подібних мір, які захищають напівпровідвартості можна використовувати також інший екониковий кристал 1С від механічного навантаження, номічний напівпровідниковий матеріал, який вигобезпосередньо в тіло картки Щодо ЗОВНІШНІХ розтовляється ідеальним чином із діаметром напівмірів контактні площинки, переважно виготовлені провідникових пластин більше шести дюймів ВІДПОВІДНО до існуючих стандартів Міжнародної (приблизно 150,6мм) організації по стандартизації ІСО, таким чином А ще більше надається перевага, коли у формі повністю обпираються напівпровідниковою підклавиконання винаходу передбачено, що товщина динкою кристала 1 або, ВІДПОВІДНО інтегральної С виконаної із кремнію напівпровідникової підкладисхеми, підкладинка має для цього ВІДПОВІДНО станнки складає значно менше 200мкм, краще, поряддартам ІСО контактними площинками необхідною ку 150мкм або менше, зокрема, переважно порядосновною площею, яка є значно більшою у порівку ЮОмкм або менше Ідеальним чином загальна нянні із застосовуваними дотепер напівпровіднитовщина кремнієвої підкладинки складає порядку ковими кристалами 1 Цей недолік, однак, більш С 50 - ЮОмкм У порівнянні з цим стандартна товніж компенсується наступними перевагами, які щина імплантуємих дотепер у картки напівпровідпропонує рішення ВІДПОВІДНО винаходові Поникових кристалів 1С складає в даний час порядку перше, є можливість замість потребуючого доте200мкм При цьому модуль пружності кремнію має пер великих витрат і часу монтажу, виготовляти порядок розміру 190 • 103Н/мм2, поведінка матеріконтактні площинки безпосередньо після виготовалу кремнієвого кристала таким чином є надзвилення електронних схем, на ранній стадії виготовчайно крихким Зі зменшенням товщини кристала лення, ще в матричній 1 нерозділених один від С 1С, однак, гнучкість кремнієвого кристала 1С щодо одного напівпровідникових кристалів 1С, переважвигину збільшується Цей ефект ще більш підсино способами нанесення покриття, звичайно залюється за рахунок способу утоншення зі зворотстосовуваними для осадження і структурування ного боку після шліфування кремнієвої напівпровіметалевих шарів у технології напівпровідників дникової пластини, наприклад, травленням Після розпилювання або, ВІДПОВІДНО, механічного ушкоджень Викликані шліфуванням зворотного поділу окремих напівпровідникових кристалів 1 із С боку атомні дефекти напівпровідникового кристала ВІДПОВІДНИМ растром, оснащений контактними 1С (дислокації тощо), які при згинальних навантаплощинками напівпровідниковий кристал 1 з'єдС женнях при відомих обставинах різко підсилюють нують із тілом картки за допомогою ВІДПОВІДНИХ імовірність руйнування кристала, практично витехнік з'єднання, переважно міцно закріплюють за ключаються за рахунок наступного травлення зводопомогою матеріалу, який клеїть, або адгезійного ротного боку кристала 1С на приблизно 4 - 7мкм матеріалу усередині прийомного отвору тіла картки Для цього в принципі є придатними усі ВІДОМІ В ІНШІЙ кращій формі виконання винаходу мона даний час техніки імплантації, тобто, наприже бути передбачено, що на несучу електронну клад, техніка монтажу "гарячим оплавленням", схему головної поверхні напівпровідникової підмонтаж за допомогою піанакрилатного клею, монкладинки нанесений тонкий ізолюючий шар, на таж за допомогою чутливої до тиску плівки, яка якому осаджені контактні площинки у вигляді струклеїть, або інша фізична техніка з'єднання ктурованого покриття При цьому загальна товщина електрично провідного покриття для контактних площинок переважно складає порядку ЗО - 50мкм Переважно для виконання прийомного отвору в готових тілах карток фрезерують отвір, у який Таким чином краща конструкція оснащеного потім вклеюють оснащений контактними площинконтактними площинками напівпровідникового ками напівпровідниковий кристал 1 Винахід, одС кристала 1С для застосування в картці з вмонтованак, є також застосовним у картках, виготовлених ним кристалом 1С, відрізняється тим, що безпосеспособом ламінування, при якому картки виготовредньо на напівпровідниковій підкладинці зі струкляють за допомогою ламінування різних плівок, турованою поверхнею з компонентами для захисних плівок і плівок, які уводяться, причому електронної схеми і металізацією контактних ви 58516 8 нання електронної схеми компоненти або, ВІДПОВІводів нанесений тонкий шар із матеріалу з діелекДНО, структури, причому ці компоненти мають тричними властивостями, у якому випущені плоконструктивну висоту порядку Юмкм Звичайно щинки контактних виводів На вибір можна також компоненти або, ВІДПОВІДНО, структури, для виконаносити стійкий проміжний шар Вище діелектринання електронної схеми покриті захисним шаром ка наносять електрично провідний шар, контактні S13N4 товщиною порядку Змкм На Фігурі 1 названі площинки якого з'єднані з площинками контактних структури і шар S13N4 для простоти схематично виводів і які електрично ізольовані щодо один однаведені тільки у вигляді одного шару і мають поного, у найпростішому випадку повітряними прозицію посилання 8 Після виконання металізації міжками Контактні площинки при цьому задовольдля виготовлення контактних виводів 11 (Pads) няють відповідному стандарту ІСО (інструкція ІСО осаджують тонкий ізолюючий шар 9 з діелектрич7810-2) На вибір електрично провідний шар, одного матеріалу товщиною 20мкм, у якому залишеношаровий або багатошаровий, може складатися но пропуски в місцях контактних виводів 11 На із благородного металу, наприклад, золота, АиСо, виконаній таким чином поверхні осаджене тонке NiP/Au, твердого нікелю/золота або ІНШИХ ВІДПОВІметалеве покриття 12, яке структурують відомим із ДНИХ матеріалів, причому ЗОВНІШНІЙ шар може витехнології напівпровідників способом літографи биратися з боку матеріалу в розумінні гарних тридля виготовлення взаємно електрично ізольоваболопчних властивостей і поліпшеної корозійної них контактних площинок 3 Таким чином кожна СТІЙКОСТІ, наприклад, тонкий, приблизно товщиною контактна площинка 3 електрично з'єднана з ВІД2мкм електрично провідний карбоновий лак з гарПОВІДНИМ контактним виводом 11 електронної схеними механічними МІЦНІСНИМИ властивостями ми Подальші ознаки, переваги і ДОЦІЛЬНІ форми виконання винаходу випливають з опису приклада Фігура 2 вказує залежність напруги згинання а в виконання за допомогою креслень, на яких вказавід радіуса згинання гв при деяких обраних товщино нах кремнієвого основного матеріалу Можна бачити, що при товщинах підкладинки напівпровідниФігура 1 схематичний вигляд у перетині картки кового кристала 1С менше, ніж ЮОмкм, кристал 1С з вмонтованим кристалом 1С, з тілом картки і з вже є настільки гнучким щодо згинання і скручузакріпленим у прийомному отворі тіла картки, вання, що він може витримувати механічні вимоги вмонтованими контактними площинками напівпроІСО без додаткового захисту корпусом Дослівідниковим кристалом 1С згідно з прикладом викодження винахідників показали, що також при таких нання винаходу, і малих товщинах кристала 1С можна виготовляти Фігура 2 залежність напруги згинання від радіінтегральні схеми з достатнім виходом придатних уса згинання основного кремнієвого матеріалу при виробів деяких обраних товщинах кремнієвого матеріалу Виконане не в масштабі схематичне уявлення Зрештою можна сказати, що за допомогою ріВІДПОВІДНО до Фігури 1 вказує виріз картки з вмоншення, яке відповідає винаходові, вдалося ствотованим кристалом 1С з тілом картки 1 із звичайно рити просту у виготовленні безмодульну інтеграуживаними розмірами 85мм • 54мм • 1мм і виготольну схему для застосування в звичайно уживаній вленим фрезеруванням прийомним отвором 2, в картці з вмонтованим кристалом 1С, причому не якому напівпровідниковий кристал 1С 4, який має потрібні НІЯКІ складні операції процесу в так назиконтактні площинки 3 за допомогою клею 5 міцно ваній кінцевій стадії виготовлення, одночасно мозакріплений таким чином, що ЗОВНІШНІ поверхні 6 жна заощадити зв'язані, як правило, із великими контактних площинок 3 в основному проходять витратами розробки особливих корпусів або, ВІДурівень із зовнішньою поверхнею 7 тіла картки 1 ПОВІДНО, засобів упаковки для бажаного застосування, і при цьому має місце висока економічність Напівпровідниковий кристал 1С 4 містить крепри значному зниженні необхідних витрат на логісмнієву підкладинку товщиною 40мкм, на якій за тику з боку виробника карток із вмонтованими кридопомогою операцій звичайно уживаної технології сталами 1С напівпровідників виготовлені необхідні для вико ФІГ.1 9 3000 \ A І і \ 2Ш0 10 58516 і \ ! I \ t \ j \ і \ \ і v-o=o,6aornrti \D=0A5QVnm X/ s f 4 4 ! V £bO,185mm \ 4 X s I і і 1 s \ \ l \ 1000 і 1 s \ Ч \ --4 — і 10 Комп'ютерна верстка А Крулевський ч ФЇГ.2 •ЧИ» [mm] 102 Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна