DE102006016419A1

DE102006016419A1 - Chipkartenmodul und Verfahren zum Schützen eines Chipkartenmoduls vor Überspannungen

Info

Publication number: DE102006016419A1
Application number: DE200610016419
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Laackmann; Marcus Janke
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-10-18
Also published as: US7874491B2; US20070235547A1

Abstract

Chipkartenmodul, umfassend einen Halbleiterchip (14), einen Träger (10) und Kontakte, wobei der Halbleiterchip (14) auf dem Träger (10) befestigt ist und die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips (14) dienen, wobei zwischen den Kontakten des Chipkartenmoduls (4) mindestens eine Funkenstreckenanordnung (40) vorgesehen ist, die das Chipmodul vor Überspannungen schützt.

Description

Die Erfindung betrifft ein vor Überspannungen geschütztes Chipkartenmodul und ein Verfahren zum Schützen eines Chipkartenmoduls vor Überspannungen.
Elektrostatische Spannungen entstehen immer dann, wenn in einem Körper die Anzahl der positiven Ladungsträger nicht mit der Anzahl der negativen Ladungsträger übereinstimmt. Ist die Spannungsdifferenz groß genug, so kann auch über ein normalerweise elektrisch isolierendes Material ein elektrischer Stromimpuls zwischen zwei Körpern fließen. Man spricht dann von einer elektrostatischen Entladung, die auf englisch „electrostatic discharge (ESD)" genannt wird. Elektrostatische Spannungen und elektrostatische Entladungen können durch die damit verbundenen hohen elektrischen Feldstärken und Stromimpulse zur Zerstörung von elektrischen Bauelementen führen. Insbesondere bei integrierten Schaltungen stellt die elektrostatische Entladung eine der häufigsten Ausfallursachen dar, da die darin verwendeten Isolatoren, wie zum Beispiel Siliziumdioxid aufgrund ihrer geringen Abmessungen leicht beschädigt werden können. In Chipkartenmodulen müssen nach ISO-Normen Security Controller gegen elektrostatische Entladung geschützt werden.
Zum Schutz vor elektrostatischen Überspannungen und Entladungen können elektrische Bauelemente in den Chipkartenmodulen überdimensioniert werden, so dass sie eine erhöhte Spannungs- und Durchschlagsfestigkeit aufweisen. Allerdings führt diese Vorgehensweise zu größeren und teueren Bauelementen. Alterna tiv dazu können Schutzbauelemente wie Transildioden, welche im Wesentlichen Zenerdioden mit sehr kurzen Ansprechzeiten sind oder TRISIL-Elemente, welche vom Prinzip her spannungsgesteuerte Triacs ohne Gate-Anschluss sind, eingesetzt werden, um die Überspannung und den Stromimpuls ableiten. Nachteilig bei dem Einsatz von derartigen Bauelementen ist, dass diese beim Überschreiten eines maximal tolerierbaren Wertes funktionsunfähig werden. Tritt eine erneute elektrostatische Entladung auf, so ist die Schaltung nicht mehr geschützt und es kann zu einer Zerstörung des Chipkartenmoduls kommen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Chipkartenmodul anzugeben, welches vor Überspannung geschützt ist.
Die der Erfindung stellt daher ein Chipkartenmodul bereit, welches einen Halbleiterchip, einen Träger und Kontakte umfasst, wobei der Halbleiterchip auf dem Träger befestigt ist und die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips dienen, und wobei zwischen den Kontakten des Chipkartenmoduls mindestens eine Funkenstreckenanordnung vorgesehen ist, die den Halbleiterchip vor Überspannungen schützt.
Die Funkenstreckenanordnung ist mit den Kontakten zwischen denen eine Überspannung vermieden werden soll, verbunden und ermöglicht eine kontrollierte elektrostatische Entladung. Die Funkenstreckenanordnung ist dabei so gestaltet, dass die Funkenentladung in der Funkenstreckenanordnung leichter, das heißt bei geringeren Spannungen stattfindet als an anderen Stellen des Chipkartenmoduls. Bei der Entladung fließt der Stromimpuls daher durch die Funkenstreckenanordnung und nicht durch empfindliche elektrische Bauelemente. Vorteilhaft beim Einsatz einer Funkenstreckenanordnung für Chipkartenmodule ist, dass die Funkenstreckenanordnung wenn keine Entladung stattfindet quasi rückwirkungsfrei ist. Weiter ist eine Funkenstreckenanordnung einfach im Aufbau und mehrfach verwendbar. Insbesondere für batteriebetriebene Anwendungen ist von Vorteil, dass eine Funkenstreckenanordnung keinen zusätzlichen Stromverbrauch verursacht und dass keine Überdimensionierung von Bauelementen notwendig ist.
In einer Weiterbildung sind die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips Chipanschlussflächen des Halbleiterchips, wobei die Chipanschlussflächen so ausgebildet sind, dass sie untereinander mindestens eine Funkenstreckenanordnung bilden.
Jeder Halbleiterchip weist zum Anschluss mittels Bonddrähte oder Löthügel (englisch „solder bumps") Chipanschlussflächen auf. Die Chipanschlussflächen sind dabei auf der so genannten aktiven Seite des Chipsubstrats ausgebildet. Erfindungsgemäß werden die Chipanschlussflächen so geformt, dass zwischen den vor Überspannung und elektrostatischer Entladung zu schützenden einzelnen Chipanschlussflächen mindestens eine Funkenstreckenanordnung gebildet wird. Eine Überspannung wird durch diese Funkenstreckenanordnungen entladen, so dass der Halbleiterchip vor Überspannungen geschützt ist.
In einer Weiterbildung weisen die Chipanschlussflächen im Bereich der Funkenstreckenanordnungen eine Funkenstreckenabdeckung auf.
Die Funkenstreckenabdeckung sorgen dafür, dass die Funkenstreckenanordnung bei drahtgebondeten Chipkartenmodulen nicht mit Vergussmasse und bei Flipchip-Chipkartenmodulen nicht mit Chipkleber aufgefüllt werden. In beiden Fällen wäre eine Funkenentladung nicht mehr möglich. Durch die Funkenstreckenab deckung wird sichergestellt, dass ein geeignetes Entlademedium in der Funkenstreckenanordnung vorhanden ist. Die Funkenstreckenabdeckung kann auch als eine Kapselung der Funkenstreckenanordnung ausgeführt werden.
In einer Weiterbildung sind die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips Kontaktflächen, die zum Verbinden des Chipkartenmoduls mit einem Lese/Schreibegerät dienen, wobei zwischen den Kontaktflächen mindestens eine Funkenstreckenanordnung ausgebildet ist.
Bei kontaktbehafteten Chipkarten dienen die Kontaktflächen des Chipkartenmoduls dazu, einen Kontakt mit einem Terminal oder Chipkartenlese- beziehungsweise Schreibegerät herzustellen. Die Kontaktflächen bilden dabei die Schnittstelle des Chipkartenmoduls zur Außenwelt. Erfindungsgemäß sind zwischen den Kontaktflächen Funkenstreckenanordnungen realisiert, so dass eine Überspannung, die durch das Terminal oder einen Menschen auf einen der Kontakte übertragen wird, sich an der entsprechenden Funkenstreckenanordnung entlädt, so dass das Chipkartenmodul vor Überspannung geschützt ist.
In einer Weiterbildung sind die Funkenstreckenanordnungen als Teile der Kontaktflächen ausgebildet.
Die Funkenstreckenanordnungen können somit aus dem gleichen Material wie die Kontaktflächen hergestellt werden. Sie können dann auch im gleichen Herstellungsschritt realisiert werden.
In einer Weiterbildung weist die Funkenstreckenanordnung Funkenstreckenelemente auf, die zwischen den Kontaktflächen an geordnet sind und elektrisch mit den Kontaktflächen verbunden sind.
Die Funkenentladung erfolgt über separate Funkenstreckenelemente. Die Funkenstreckenelemente können dadurch aus einem für Funkenentladungen besonders geeigneten, zum Beispiel durch geringen Abbrand gekennzeichnetes Material gefertigt werden. Die Funkenstreckenelemente sind dann von den Kontaktflächen getrennt ausgeführt, aber mit diesen elektrisch verbunden.
In einer Weiterbildung sind die Funkenstreckenelemente dünner als die Kontaktflächen und die Funkenstreckenanordnungen sind im Bereich der Funkenstreckenelemente abgedeckt.
Da die Funkenstreckenelemente dünner als die Kontaktflächen sind, kann die Funkenstreckenanordnung durch eine Abdeckung, die auf den Funkenstreckenelementen aufgebracht ist vor Verschmutzung und Abnutzung bzw. Abrieb geschützt werden. Die Dicke der Abdeckung ist so gewählt, dass diese ebenbündig mit der Kontaktflächenoberfläche ist. Die Funkenstreckenelemente können zum Beispiel aufgedampft werden.
In einer Weiterbildung weist der Träger eine erste Seite und eine gegenüberliegende zweite Seite auf, wobei die Kontaktflächen auf der ersten Seite des Trägers aufgebracht sind und der Halbleiterchip auf der zweiten Seite des Trägers angeordnet ist.
Der Träger des Chipkartenmoduls dient dabei zur Befestigung der Kontaktflächen und des Chips.
In einer Weiterbildung sind auf der zweiten Seite des Trägers Leiterstrukturen aufgebracht. Die Leiterstrukturen sind über Durchkontaktierung mit den Kontaktflächen elektrisch verbunden. Weiter sind die Leiterstrukturen mit den Chipanschlussflächen des Chips verbunden.
Die Chipanschlussflächen des Chips werden über die Leiterstrukturen angeschlossen und über die Durchkontaktierungen, welche im Träger angeordnet sind und von der ersten Trägerseite zur zweiten Trägerseite reichen, mit den Kontaktflächen elektrisch verbunden. Der Halbleiterchip liegt dabei so, dass seine Chipanschlussflächen der zweiten Seite des Trägers gegenüberliegen. Die elektrische Verbindung zwischen den Chipanschlussflächen und den Leiterstrukturen wird durch Löthügel hergestellt. Diese Flipchiptechnologie ermöglicht höhere Packungsdichten, da keine Kapselung des Chips und der Bonddrähte durch eine Vergussmasse notwendig ist.
In einer Weiterbildung sind die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips die Leiterstrukturen, wobei die Leiterstrukturen derart ausgebildet sind, dass sie untereinander mindestens eine Funkenstreckenanordnung bilden.
Außer zwischen den Kontaktflächen und den Chipanschlussflächen können die Funkenstreckenanordnungen auch in den Leiterstrukturen realisiert werden, um das Chipmodul vor Überspannungen schützen. Die Leiterstrukturen sind dabei flächig auf dem Träger aufgebracht und können entsprechend gestaltet werden, so dass eine Funkenentladung bevorzugt zwischen den Leiterstrukturen erfolgt.
In einer Weiterbildung ist die Funkenstreckenanordnung in einer Funkenstreckenkavität ausgeführt.
Ist die Funkenstreckenanordnung zwischen Leiterstrukturen realisiert, so muss dafür gesorgt werden, dass sie frei von Materialen, wie zum Beispiel Chipkleber ist, die eine Funkenentladung verhindern würden. Dies wird durch eine mit einem geeigneten Entlademedium gefüllte Funkenstreckenkavität sichergestellt, die durch eine Abdeckung oder Kapselung der Leiterstrukturen im Bereich der Funkenstreckenanordnungen realisiert werden kann.
In einer Weiterbildung ist der Halbleiterchip mit einem Chipkleber auf der zweiten Trägerseite befestigt ist und die Funkenstreckenanordnung in einem von Chipkleber freien Bereich ausgeführt.
Alternativ zu einer Funkenstreckenkavität kann der Chipkleber so verteilt werden, dass im Leiterstrukturenbereich der Funkenstreckenanordnung kein Chipkleber ist, der die Entladung beeinflussen würde. Die Funkenstreckenanordnung und der von Chipkleber freie Bereich können dabei zwischen dem Halbleiterchip und der zweiten Trägerseite liegen oder auch außerhalb des Halbleitersubstrats und des Klebebereichs.
In einer Weiterbildung sind die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips die Durchkontaktierungen, wobei die Durchkontaktierungen so ausgebildet sind, dass sie untereinander mindestens eine Funkenstreckenanordnung bilden.
Auch die Durchkontaktierungen, welche die Kontaktflächen mit den Leiterstrukturen verbinden, können benutzt werden um Funkenstreckenanordnungen zu realisieren.
In einer Weiterbildung sind im Träger Funkenstreckenelemente vorhanden, die jeweils mit einer Kontaktfläche oder einer Leiterstruktur elektrisch verbunden sind und zwischen einer jeweiligen Kontaktfläche und einer jeweiligen Leiterstruktur eine Funkenstreckenanordnung bilden.
Die Funkenstreckenelemente stellen einen Parallelpfad für elektrostatische Entladungen zwischen einer Kontaktfläche und einer Leiterstrukturen dar, wobei die jeweilige Kontaktfläche und Leiterstruktur nicht über eine Durchkontaktierung elektrisch miteinander verbunden sind.
In einer Weiterbildung ist die Funkenstreckenanordnung in einer Funkenstreckenkavität in dem Träger ausgebildet.
In einer Weiterbildung ist die Funkenstreckenkavität mit einem ionisierbaren Entlademedium gefüllt.
In einer Weiterbildung sind die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips Koppelelementanschlüsse, die so ausgebildet sind, dass sie untereinander mindestens eine Funkenstreckenanordnung bilden.
Bei kontaktlosen Chipkarten sind die Chipkartenmodule mit Koppelelementen verbunden, über die das Chipkartenmodul mit Energie versorgt wird und die zum Datenaustausch mit einem Lese/Schreibegerät eingesetzt werden. Als Beispiel seien Antennen und Kapazitive Koppelelemente genannt.
In einer Weiterbildung sind die Koppelelementanschlüsse Antennenanschlüssen.
Die Funkenstreckenanordnung wird zwischen den Antennenanschlüssen ausgebildet. Anstelle zwischen den Antennenanschlüssen können die Funkenstreckenanordnungen auch zwischen Antennenteilen ausgebildet sein.
Weiter sieht die Erfindung die Verwendung eines durch Funkenstreckenanordnungen vor Überspannungen geschütztes Chipkartenmoduls in Chipkarten vor.
Noch weiter ist ein Verfahren zum Schützen eines Chipkartenmoduls vor Überspannungen angegeben, wobei das Chipkartenmodul einen Halbleiterchip, einen Träger und Kontakte umfasst, der Halbleiterchip auf dem Träger befestigt ist und die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips dienen, wobei zwischen den Kontakten des Chipkartenmoduls mindestens eine Funkenstreckenanordnung vorgesehen ist, die den Halbleiterchip vor Überspannungen schützt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert.
In den Figuren zeigen:
1 einen Querschnittsausschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines drahtgebondeten, erfindungsgemäßen Chipkartenmoduls,
2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kontaktflächen,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kontaktflächen,
4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Chipanschlussflächen,
5 einen Querschnittsausschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flipchip-Chipkartenmoduls,
6 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchkontaktierungen,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchkontaktierungen,
8 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Funkenstreckenelementen,
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Funkenstreckenelementen, und
10 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leiterstrukturen.
1 zeigt einen Querschnittsausschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer kontaktbehafteten Chipkarte mit einem drahtgebondeten Chipkartenmodul 4. In einem Chipkartenkörper 1 ist eine Kavität 2 eingebracht, in welcher ein Chipkartenmodul 4 mit einem Kleber 3 befestigt ist. Das Chipkartenmodul 4 umfasst einen Träger 10 mit einer ersten Trägerseite 11 und einer gegenüberliegenden zweiten Trägerseite 12. Auf der ersten Trägerseite 11 sind Kontaktflächen 13 aufgebracht. Auf der zweiten Trägerseite 12 ist ein Halbleiterchip 14 mittels Chipkleber 15 befestigt. Die Chipanschlussflächen 16 des Chips 14 werden über Bonddrähte 20 mit den Kontaktflächen 13 verbunden. Zum Schutz vor Beschädigung sind die Bonddrähte 20 und der Halbleiterchip 14 mit einer Vergussmasse 21 umgossen. Erfindungsgemäß weist das Chipkartenmodul 4 Kontakte auf, die als Kontaktflächen 13 und/oder als Chipanschlussflächen 16 ausgebildet und zwischen denen Funkenstreckenanordnungen 40 ausgebildet sind.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kontaktflächen 13, wie sie in einer Draufsicht auf 1 erscheinen. Gezeigt ist eine Ausführung mit sechs Kontakten, die gemäß des Standards ISO-7816 dimensioniert sind. Die Kontakte C1 bis C3 führen die Signale VCC, RST und CLK und die Kontakte C5 bis C7 die Signale GND, VPP und I/O. Erfindungsgemäß sind zum Schutz vor Überspannungen zwischen den Kontaktflächen 13 Funkenstreckenanordnungen 40 vorgesehen. Der Massekontakt C5 ist dabei großflächig ausgeführt und alle anderen Kontakte weisen eine Funkenstreckenanordnung 40 zu diesem Kontakt auf. Funkenstreckenanordnungen können jedoch auch zwischen zwei benachbarten Kontaktflächen, so wie zum Beispiel zwischen den Kontakten C6 und C7, ausgebildet sein und müssen nicht unbedingt zwischen allen Kontakten vorhanden sein.
Die Funkenstreckenanordnungen 40 bestehen aus zwei einander gegenüberliegend angeordneten Funkenstreckenelementen 41, welche spitz ausgeführt sind. An den Spitzen findet eine Konzentration der elektrischen Feldenergie statt, so dass eine elektrische Entladung bevorzugt zwischen der Spitze eines Funkenstreckenelements 41 und der gegenüberliegenden Spitze eines anderen Funkenstreckenelements 41 erfolgt. Die Spannung, bei der ein Funke zwischen den Spitzen überspringt und eine elektrostatische Entladung über die Funkenstreckenanordnung 40 stattfindet kann über den Abstand der Funkenstrecken elemente 41 zueinander und die Form der Funkenstreckenelemente 41, sowie das Entlademedium eingestellt werden. Die Entladespannungen zwischen unterschiedlichen Kontakten kann unterschiedlich gewählt werden, je nach Empfindlichkeit der daran angeschlossenen Bauelemente. Die Abstände zwischen den Funkenstreckenelementen 41 lassen sich mit hoher Präzision auch bei sehr kleinen Abständen mit einem Laser erzeugen. Der vorgegebene Abstand und die Form der Funkenstreckenelemente 41 wird so gewählt, dass ein galvanischer Kontakt zuverlässig ausgeschlossen wird und bei Überschreiten eines vorgegebenen Spannungswerts eine Funkenentladung erfolgt. Auf diese Weise kann eine Spannung zwischen zwei Kontaktflächen 13, zwischen denen eine Funkenstreckenanordnung 40 existiert, einen vorgegebenen Spannungswert nicht überschreiten und das Chipkartenmodul 4 ist vor Überspannung geschützt. Die Funkenstreckenelemente 41 können dabei dreieckförmig, fingerförmig, kreisförmig oder kammartig ausgebildet sein. Besonders geeignet für die Funkenstreckenelemente 41 sind Metalle, die einen niedrigen elektrischen Widerstand und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wie zum Beispiel Kupfer und Silber. Das Material aus dem die Kontaktflächen 13 bestehen, ist bei Chipkarten bereits so gewählt, dass es gute Korrosionsfähigkeit und Abnutzungsfestigkeit aufweist, so dass es auch für die Funkenstreckenelemente 41 geeignet ist und diese zusammen mit den Kontaktflächen 13 gefertigt werden können. Alternativ dazu können die Funkenstreckenelemente 41 aufgedampft, aufgedruckt oder mit Fotolithografie hergestellt werden und elektrisch mit den Kontaktflächen 13 verbunden werden.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kontaktflächen 13, diesmal in einer Ausführung gemäß ISO 7816 mit acht Kontakten C1 bis C8. Es ist wieder zumindest eine Funkenstreckenanordnung 40 zwischen dem Masse kontakt C5 und den weiteren Kontakten C1 bis C4 und C6 bis C8 vorgesehen. Selbstverständlich kann die Anzahl der Funkenstreckenanordnungen 40 variiert werden, so dass zum Beispiel nicht alle Kontaktflächen 13 eine Funkenstreckenanordnung 40 zum Massekontakt C5 aufweisen oder die Kontaktflächen 13 untereinander weitere Funkenstreckenanordnungen 40 aufweisen. Für die Funkenstreckenelemente 41 und die Funkenstreckenanordnung 40 gilt wieder das zu 2 ausgeführte.
Um zu vermeiden, dass sich die Funkenstreckenanordnungen 40 durch Verschmutzung oder durch Ablagerung von leitenden Teilchen der Kontaktstifte von Lesegeräten zusetzen und es durch die Funkenstreckenanordnungen 40 zu Kurzschlüssen zwischen den Kontaktflächen 13 kommt oder die Funkenentladung bei einer vorgegebenen Spannung kann nicht mehr garantiert werden kann, können die Funkenstreckenanordnungen 40 abgedeckt werden. Insbesondere Funkenstreckenelemente 41, die dünner als die Kontaktflächen 13 sind, können durch eine nicht leitende Abdeckung oder Kapselung 43 zwischen den Kontaktflächen 13 geschützt werden. Die Abdeckung 43 ist so ausgeführt, dass sie ebenbündig mit den Kontaktflächen 13 abschließt, sie kann auch so ausgeführt sein, dass die Funkenstreckenanordnung 40 hermetisch dicht gekapselt ist.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Chipanschlussflächen 16 mit Funkenstreckenanordnungen 40. Die Chipanschlussflächen 16 befinden sich auf der aktiven Seite des Halbleiterchips 14 und dienen zum Anschluss der elektrischen Kontakte des Halbleiterchips 14. In 1 werden die Bonddrähte 20 auf die Chipanschlussflächen 16 gebondet und in 5 werden Löthügel auf den Chipanschlussflächen 16 platziert. Die Chipanschlussflächen 16 sind wieder für eine Chipmodulvariante mit sechs Kontakten gezeigt, wie in 2, wobei auch Varianten mit einer anderen Anzahl von Kontakten möglich sind. Zwischen den einzelnen Chipanschlussflächen 16 sind Funkenstreckenanordnungen 40 angeordnet. Es gelten wieder die Ausführungen, die zu den Funkenstreckenanordnungen 40 in 2 und 3 gemacht wurden, mit dem Unterschied dass es sich nicht um die Kontaktflächen 13 sondern um die Chipanschlussflächen 16 handelt.
Von Vorteil bei der Anordnung von Funkenstreckenanordnungen 40 zwischen den Chipanschlussflächen 16 ist, dass die Chipanschlussflächen 16 im Inneren des Chipkartenmoduls 4 liegen und somit vor Verschmutzungen und Ablagerung geschützt sind. Um eine Funkenentladung zu ermöglichen ist es jedoch notwendig, dass die Funkenstreckenanordnungen 40 nicht mit der Vergussmasse 21 aufgefüllt werden, sondern dass ein geeignetes Entlademedium, wie zum Beispiel Luft oder ein anderes ionisierbares Gas zwischen den Funkenstreckenanordnungen 40 vorhanden ist. Dies könnte zum Beispiel durch eine Abdeckung oder Kapselung 43 der Chipanschlussflächen 16 in dem Bereich der Funkenstreckenanordnungen 40 vor dem Vergießen mit der Vergussmasse 21 erreicht werden, so dass eine Funkenstreckenkavität 42 entsteht, wie in 1 gezeigt ist. Ist die Funkenstreckenkavität 42 hermetisch abgeschlossen, so ist das von Vorteil, da die Feuchtigkeit und somit die Entladespannung konstant bleiben. Die zwischen den Chipanschlussflächen 16 angeordneten Funkenstreckenanordnungen 40 lassen sich besonders vorteilhaft in kontaktlosen Chipkarten einsetzen, da bei diesen keine Funkenstreckenanordnungen 40 zwischen Kontaktflächen 13 realisierbar sind. Alternativ können bei kontaktlosen Chipkarten die zum Betreiben des Halbleiterchips erforderlichen Koppelelementanschlüsse so ausgebildet werden, dass sie untereinander mindestens eine Funkenstreckenanordnung 40 bilden. Das Koppelelement kann zum Beispiel eine in einem Chipkartenkörper ausgebildete Antenne sein. Weiter ist es möglich, die Funkenstreckenanordnungen zwischen einzelnen Leiterbahnen der Antenne im Chipkartenkörper auszubilden.
5 zeigt einen Querschnittsauschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Chipkarte mit einem Flipchip-Chipkartenmodul. Dieses Chipkartenmodul 4 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Chipkartenmodul 4 dadurch, dass auf der zweiten Trägerseite 12 Leiterstrukturen 30 aufgebracht sind, die über im Träger 10 angeordneten Durchkontaktierungen 31 mit den Kontaktflächen 13 verbunden sind. Auf der zweiten Trägerseite 12 ist weiter ein Halbleiterchip 14 mit Chipanschussflächen 16 in Flipchiptechnik montiert. Der Halbleiterchip 14 ist derart positioniert, dass die Chipanschlussflächen 16 der zweiten Trägerseite 12 zugewandt sind. Die Verbindung der Chipanschlussflächen 16 mit gegenüberliegenden Leiterstrukturen 30 erfolgt mittels Löthügel 32. Der Halbleiterchip 14 ist durch einen zwischen dem Halbleiterchip 14 und der zweiten Trägerseite 12 aufgebrachten Kleber 15 fixiert. Das Chipkartenmodul 4 ist wieder in eine Kavität 2 eines Kartenkörpers 1 eingebracht und mit einem Kleber 3 fixiert. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind keine Bonddrähte 20 und Vergussmasse 21 notwendig, so dass diese Anordnung kompakter ist. Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel is es möglich, Funkenstreckenanordnungen 40 zwischen den Kontakten des Chipkartenmoduls, die als Kontaktflächen 13, Durchkontaktierungen 31, Leiterstrukturen 30, und Chipanschlussflächen 16 ausgebildet sind, anzuordnen.
6 zeigt einen Querschnittsausschnitt durch zwei Kontaktflächen 13, dem Träger 10 und zwei Leiterstrukturen 30, wobei jede Kontaktfläche 13 über eine jeweilige Durchkontak tierung 31 mit einer Leiterstruktur 30 elektrisch verbunden ist. Durch die Funkenstreckenanordnung 40, welche zwischen den Durchkontaktierungen 31 angeordnet ist, werden Überspannungen zwischen den beiden Kontaktflächen 13, beziehungsweise den beiden Leiterstrukturen 30, entladen. Die Durchkontaktierungen 31 sind dabei einander so zugeneigt, dass Bereiche mit hohen elektrischen Feldstärken sich unmittelbar gegenüberliegen.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Durchkontaktierungen 31 mit denen eine Funkenstreckenanordnung 40 realisiert wird. Die Durchkontaktierungen 31 weisen dabei Funkenestreckenelemente 41 auf, die als Vorsprünge ausgebildet und elektrisch leitend mit den Durchkontaktierungen 31 verbunden sind.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Funkenstreckenanordnung 40 wieder im Träger 10 angeordnet ist. Im Unterschied zu den 6 und 7 sind die Funkenstreckenelemente 41 nicht mehr mit zwei Durchkontaktierungen 31, sondern mit jeweils einer Kontaktfläche 13 und einer Leiterstruktur 30 elektrisch verbunden.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das dem in 8 gezeigten ähnlich ist und bei dem die Funkenstreckenanordnung 40 wieder in dem Träger 10 angeordnet ist. Im Unterschied zu 8 findet die Funkenentladung in der vertikalen Richtung statt.
Die Funkenstreckenanordnung 40 ist in 6 bis 9 im Träger 10 angeordnet. Um eine Funkenentladung entlang der Funkenstreckenanordnung 40 zu ermöglichen muss ein Entlademedium, zum Beispiel ein ionisierbares Gas wie Luft vorhanden sein. Dazu sind in den 6 bis 9 Funkenstreckekavitäten 42 im Träger 10 vorgesehen, welche mit dem Entlademedium gefüllt sind. Vorteilhaft bei der Platzierung von Funkenstreckenanordnungen 40 im Träger 10 ist, dass diese vor Umwelteinflüssen und Verschmutzungen geschützt sind.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem die Funkenstreckenanordnung 40 zwischen den Leiterstrukturen 30 ausgebildet ist. Die Leiterstrukturen 30 dienen dabei zum Verbinden der Durchkontaktierungen 31 mit den Chipanschlussflächen 16 über die Löthügel 32 und sind so ausgeführt, dass sie die Anordnung der Durchkontaktierungen 31 und der Chipanschlussflächen 16 berücksichtigen. Die Funkenstreckenanordnungen 40 sind wieder zwischen der großflächig ausgeführten Massefläche und den anderen Leiterstrukturen 30 ausgebildet. Funkenstreckenanordnungen 40 können auch zwischen einzelnen Leiterstrukturen 30 angeordnet werden. Um eine Funkenentladung zu ermöglichen, ist es notwendig, dass die Leiterstrukturen 30 zumindest in dem Bereich der Funkenstreckenanordnung 40 nicht mit Chipkleber 15 zugedeckt sind. In 5 könnte dies zum Beispiel in dem Bereich 44 zwischen dem Kleber 3 und dem Chipkleber 15 sein, in welchem die Leiterstrukturen 30 frei von Chipkleber 15 und Kleber 3 sind. Alternativ könnte der Chipkleber 15 ringförmig aufgebracht werden, so dass unter dem Halbleiterchip 14 ein Bereich entsteht, der frei von Chipkleber 15 ist und in welchem die Funkenstreckenanordnungen 40 liegen. Auch möglich ist es, die Funkenstreckenanordnungen 40 durch eine Abdeckung oder Kapselung 43 vor dem Chipkleber 15 zu schützen.
Die Funkenstreckenanordnungen 40 zwischen den Kontaktflächen 13, zwischen den Durchkontaktierungen 31, zwischen den Kontaktflächen 13 und den Durchkontaktierungen 31, zwischen den Leiterstrukturen 30 und zwischen den Chipanschlussflächen 16 können miteinander kombiniert werden. Ein derartiges Chipkartenmodul 4 kann dann in einen Kartenkörper 1 eingeklebt werden und als Chipkarte benutzt werden. Die Erfindung ist nicht nur für kontaktbehaftete Chipkarten, sondern auch für kontaktlose Chipkarten geeignet, wobei dann die Funkenstreckenanordnungen 40 bevorzugt zwischen den Leiterstrukturen 30 oder den Chipanschlussflächen 16 ausgebildet sind. Die kontaktlose Chipkarte ist dann vor Überspannungen geschützt, die zum Beispiel durch eine zu große elektromagnetische Feldstärke in den entsprechenden Koppelelementen induziert wird.

1: Chipkartenkörper
2: Kavität
3: Kleber
4: Chipkartenmodul
10: Träger
11: erste Trägerseite
12: zweite Trägerseite
13: Kontaktflächen
14: Halbleiterchip
15: Chipkleber
16: Chipanschlussflächen
20: Bonddrähte
21: Vergussmasse
30: Leiterstrukturen
31: Durchkontaktierungen
32: Löthügel
40: Funkenstreckenanordnung
41: Funkenstreckenelement
42: Funkenstreckenkavität
43: Abdeckung, Kapselung
44: Chipkleberfreier Bereich

Claims

Chipkartenmodul, umfassend einen Halbleiterchip (14), einen Träger (10) und Kontakte, wobei der Halbleiterchip (14) auf dem Träger (10) befestigt ist und die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips (14) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kontakten des Chipkartenmoduls (4) mindestens eine Funkenstreckenanordnung (40) vorgesehen ist, die den Halbleiterchip (14) vor Überspannungen schützt.
Chipkartenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips (14) Chipanschlussflächen (16) des Halbleiterchips (14) sind, wobei die Chipanschlussflächen (16) so ausgebildet sind, dass sie untereinander mindestens eine Funkenstreckenanordnung (40) bilden.
Chipkartenmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Chipanschlussflächen (16) im Bereich der Funkenstreckenanordnungen (40) eine Funkenstreckenabdeckung (43) aufweisen.
Chipkartenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips (14) Kontaktflächen (13) zum Verbinden des Chipkartenmoduls (4) mit einem Lese/Schreibegerät sind, wobei zwischen den Kontaktflächen (13) mindestens eine Funkenstreckenanordnung (40) ausgebildet ist.
Chipkartenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstreckenanordnungen (40) als Teile der Kontaktflächen (13) ausgebildet sind.
Chipkartenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstreckenanordnung (40) Funkenstreckenelemente (41) aufweist, die zwischen den Kontaktflächen (13) angeordnet sind und elektrisch mit den Kontaktflächen (13) verbunden sind.
Chipkartenmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstreckenelemente (41) dünner als die Kontaktflächen (13) sind und die Funkenstreckenanordnungen (40) im Bereich der Funkenstreckenelemente (41) abgedeckt sind.
Chipkartenmodul nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10) eine erste Seite (11) und eine gegenüberliegende zweite Seite (12) aufweist, die Kontaktflächen (13) auf der ersten Seite (11) des Trägers aufgebracht sind, und der Halbleiterchip (14) auf der zweiten Seite (12) des Trägers (10) angeordnet ist.
Chipkartenmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Leiterstrukturen (30) auf der zweiten Seite (12) des Trägers (10) aufgebracht sind, die Leiterstrukturen (30) über Durchkontaktierungen {31) elektrisch mit den Kontaktflächen (13) verbunden sind, und die Leiterstrukturen (30) elektrisch mit den Chipanschlussflächen (16) des Halbleiterchips (14) verbunden sind.
Chipkartenmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips (14) die Leiterstrukturen (30) sind, wobei die Leiterstrukturen (30) derart ausgebildet sind, dass sie untereinander mindestens eine Funkenstreckenanordnung (40) bilden.
Chipkartenmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstreckenanordnung (40) in einer Funkenstreckenkavität (42) ausgeführt ist.
Chipkartenmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (14) mit einem Chipkleber (15) auf der zweiten Trägerseite (12) befestigt ist und die Funkenstreckenanordnung (40) in einem von Chipkleber (15) freien Bereich ausgeführt ist.
Chipkartenmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips (14) die Durchkontaktierungen (31) sind, wobei die Durchkontaktierungen (31) so ausgebildet sind, dass sie untereinander mindestens eine Funkenstreckenanordnung (40) bilden.
Chipkartenmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Träger (10) Funkenstreckenelemente (41) vorhanden sind, die jeweils mit einer Kontaktfläche (13) oder einer Leiter struktur (30) elektrisch verbunden sind und zwischen einer jeweiligen Kontaktfläche (13) und einer jeweiligen Leiterstruktur (30) eine Funkenstreckenanordnung (40) bilden.
Chipkartenmodul nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstreckenanordnung (40) in einer Funkenstreckenkavität (42) im Träger (10) ausgebildet ist.
Chipkartenmodul nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenstreckenkavität (42) mit einem ionisierbaren Entlademedium gefüllt ist.
Chipkartenmodul nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips (14) Koppelelementanschlüsse sind und die Koppelelementanschlüsse so ausgebildet sind, dass sie untereinander mindestens eine Funkenstreckenanordnung (40) bilden.
Chipkartenmodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelelementanschlüsse Antennenanschlüssen sind.
Verwendung des Chipkartenmoduls gemäß einem der vorigen Ansprüche in einer Chipkarte.
Verfahren zum Schützen eines Chipkartenmoduls vor Überspannungen, wobei das Chipkartenmodul einen Halbleiterchip (14), einen Träger (10) und Kontakte umfasst, der Halbleiterchip (14) auf dem Träger (10) befestigt ist und die Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips (14) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kontakten des Chipkartenmoduls (4) mindestens eine Funkenstreckenanordnung (40) vorgesehen ist, die den Halbleiterchip (14) vor Überspannungen schützt.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips (14) Chipanschlussflächen (16) des Halbleiterchips (14) oder Kontaktflächen (13) zum Verbinden des Chipkartenmoduls (4) mit einem Lese/Schreibegerät vorgesehen werden.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass als Kontakte zum Betreiben des Halbleiterchips (14) Leiterstrukturen (30) oder Durchkontaktierungen (31) eingesetzt werden, wobei die Kontaktflächen (13) auf der ersten Seite (11) des Trägers (10) und der Halbleiterchip (14) auf der zweiten Seite (12) des Trägers (10) angeordnet ist, die Leiterstrukturen (30) auf der zweiten Seite (12) des Trägers (10) aufgebracht sind und über Durchkontaktierungen (31) elektrisch mit den Kontaktflächen (13) verbunden sind und die Leiterstrukturen (30) elektrisch mit den Chipanschlussflächen (16) des Halbleiterchips (14) verbunden sind.