DE3809005A1 - Chipmodul und seine herstellung und verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Chipmodul und seine Herstel­ lung sowie seine Verwendung insbesondere für Chipkarten und ähnliche Datenträger.

Unter einem Chipmodul wird eine Anordnung verstanden, bei der auf oder in einem elektrisch isolierenden Träger eine oder mehrere integrierte Halbleiterschaltungen in Form von Chips oder ICs angeordnet sind, die mit einem auf einer Seite oder auf beiden Seiten des Trägers vorgesehenen Lei­ terbahnsystem über Verbindungsanschlüsse verbunden sind, wobei der Träger ggfs. noch mit weiteren Schaltungskompo­ nenten bestückt und/oder mit einer Einrichtung zur bi­ direktionalen Datenkommunikation mit externen Vorrichtun­ gen, z. B. Schreib-/Leseeinrichtungen, versehen ist, bei­ spielsweise mit einer Steckerleiste oder einem planaren Kontaktfeld zur direkten galvanischen Kontaktierung oder einer Einrichtung zur indirekten, kontaktlosen Datenüber­ tragung.

Derartige gattungsgemäße Chipmodule, die auch als COB (Chip On Board)-Module bezeichnet werden, sind beispiels­ weise aus "Der Elektroniker" 11 (1983) 38-43, der Bro­ schüre der Fa. Valvo "ICs auf Folie - die Basis für die Chipkarte", 3/85, S. 4, sowie DE 26 03 383 C2, DE 27 04 266 C2, DE 28 04 693 A1, DE 30 19 207 A1, DE 30 29 667 A1, DE 30 29 939 A1, DE 31 11 516 A1, DE 31 23 198 A1 sowie DE 36 24 852 A1 bzw. EP 2 32 705 A2 bekannt.

Diese Chipmodule stellen Zwischenerzeugnisse dar, die als fertigungstechnisch abgeschlossene Einheiten produziert und unabhängig zu Enderzeugnissen weiterverarbeitet werden können.

Sie werden als IC-Träger insbesondere zum Vergießen in Kunststofformkörpern bzw. sog. Chip-Carrier-Gehäusen, z. B. als Ersatz für die relativ zu großen und aufwendiger her­ zustellenden sog. DIL-Gehäuse, sowie besonders zur Her­ stellung von sog. Chipkarten verwendet, die als Daten- und/oder Programmspeicher dienen und in vielfältigster Weise einsetzbar sind, beispielsweise als Ausweiskarten, Speicherkarten, Telefonkarten, Eintrittskarten, Scheckkar­ ten, Kreditkarten und dergleichen, wobei gegenüber ent­ sprechenden bisher üblichen Karten mit Magnetstreifen große Vorteile in der geringeren mechanischen und magneti­ schen Störanfälligkeit, der höheren Fälschungssicherheit sowie der erheblich höheren Speicherkapazität und ggfs. auch der "Intelligenz" bei Vorliegen eines integrierten Mikrocontrollers bzw. Mikroprozessorsystems liegen. In diesen Chipkarten sind entsprechend ein oder mehrere Chipmodule enthalten. Derartige Chipkarten bzw. ihre Her­ stellung sind beispielsweise beschrieben in der Broschüre der Fa. Valvo "ICs auf Folie - die Basis für die Chip­ karte", 3/85, S. 4, sowie in DE 30 29 939 A1, DE 31 11 516 A1 und DE 36 24 852 A1 bzw. EP 2 32 705 A2.

Integrierte Halbleiterschaltungen, wie sie auch für Chip­ module herangezogen werden, und insbesondere solche in MOS-Technik, sind in jedem Stadium vom Chip bis zum ver­ kapselten oder vergossenen Bauelement gegenüber elektro­ statischen Ladungen außerordentlich empfindlich und können dadurch leicht zerstört werden; sie müssen daher trotz in­ tern vorgesehener Eingangs-Schutzschaltungen während der Verarbeitung an allen Anschlüssen kurzgeschlossen bzw. geerdet sein, worauf abschließend der kurzgeschlossene Zustand zum elektrischen Funktionstest wieder aufgehoben werden muß.

Dies geschieht bei der Herstellung von Chipmodulen grund­ sätzlich dadurch, daß im Leiterbahnsystem mindestens eine Kurzschlußleiterbahn vorgesehen wird, welche die kurzzu­ schließenden Leiterbahnen miteinander verbindet und ab­ schließend zugleich mit dem endgültigen Ausstanzen des Chipmoduls aus einem größeren Träger mit abgeschnitten oder abgestanzt wird. Dies bedeutet, daß die Kurzschluß­ leiterbahn, da sie als Ganzes entfernt werden muß, ent­ sprechend nach dem Stand der Technik nur in den Bereich des verwendeten Trägers gelegt werden kann, der bei der abschließenden Formgebung entfernt wird. Hierdurch werden zugleich funktionell unnötige wie auch unnötig lange Lei­ terbahnen erforderlich, die zu unerwünschten zusätzlichen parasitären Kapazitäten oder Induktivitäten und damit nicht optimalen elektronischen Verhältnissen führen.

Außerdem ist bei den bekanntgewordenen Chipmodulen, wie sie insbesondere für Chipkarten verwendet werden, die vollständige, mechanisch sichere Einlaminierung in ent­ sprechende Chipkarten besonders dann problematisch, wenn die Chips bzw. ICs nicht im Bereich des Konaktfeldes liegen, und besonders, wenn größere Chips bzw. ICs ver­ wendet werden sollen. Aus diesem Grund wurden beim Chip­ modul gemäß DE 36 24 852 A1, bei dem der Chip in einer wannenförmigen Vertiefung der Chipkarte angeordnet ist, im Umfangsbereich der wannenförmigen Vertiefung im elektrisch isolierenden Folienmaterial Bohrungen vorgesehen, um beim Verbinden der Kernfolie der Chipkarte mit dem Kunststoff­ material der wannenförmigen Vertiefung eine nietartige Penetration des Kunststoffs durch die Bohrung hindurch zu erzielen und damit die mechanische Festigkeit in diesem Bereich zu erhöhen.

Der Erfindung liegt, ausgehend von dem oben erläuterten Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, einen Chipmodul und seine Herstellung anzugeben, der sich allgemein als IC-Träger zur Herstellung entsprechender Fertigprodukte und insbesondere von Chipkarten eignet, und bei dem bei maximaler Designfreiheit keine funktionell unnötigen bzw. unnötig langen Leiterbahnen oder Leiterbahnabschnitte zur Erdung und zum Kurzschließen der Anschlüsse der in­ tegrierten Halbleiterschaltung während der Herstellung er­ forderlich sind und der beim Einlaminieren oder Eingießen in Chipkarten oder vergleichbare Enderzeugnisse zu hoher mechanischer Festigkeit im Chipmodulbereich führt.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Vorteilhafte Wei­ terbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der erfindungsgemäße Chipmodul umfaßt einen dehnfesten, elektrisch isolierenden Träger, auf oder in dem eine oder mehrere integrierte Halbleiterschaltungen angeordnet sind, die über Verbindungsanschlüsse mit einem auf einer Seite oder beiden Seiten des Trägers vorgesehenen Leiterbahn­ system aus metallischen Leiterbahnen verbunden sind; er ist dadurch gekennzeichnet, daß der Träger mindestens eine Kurzschlußleiterbahn aufweist, die an Verbindungsstellen mit den Leiterbahnen verbunden ist, die mit den bei der Herstellung des Chipmoduls kurzzuschließenden Verbindungs­ anschlüssen der integrierten Halbleiterschaltung(en) ver­ bunden sind, und in den Bereichen zwischen den Verbin­ dungsstellen der Kurzschlußleiterbahn mit den zu kurzzu­ schließenden Verbindungsanschlüssen der Halbleiterschal­ tung(en) führenden Leiterbahnen elektrische Unterbrechun­ gen in Form von Leiterbahnabtragungen oder von durch den Träger hindurchgehenden, insbesondere durch Ausstanzen oder Bohren erzeugten Öffnungen aufweist.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung dieser Chipmodule umfaßt folgende wesentliche Schritte:

• - Bestücken eines dehnfesten, elektrisch isolierenden Trä­ gers, auf dem auf mindestens einer Seite ein Leiterbahn­ system aus metallischen Leiterbahnen vorgesehen ist, mit einer oder mehreren integrierten Halbleiterschaltungen,
• - elektrischen Anschluß der integrierten Halbleiterschal­ tungen an das Leiterbahnsystem über Verbindungsanschlüs­ se, wobei das Leiterbahnsystem mindestens eine Kurz­ schlußleiterbahn aufweist, welche die Leiterbahnen mit­ einander verbindet, die zu bei der Herstellung des Chip­ moduls kurzzuschließenden Verbindungsanschlüssen der integrierten Halbleiterschaltung(en) führen,

und

• - Entfernen der Kurzschlußleiterbahn unter Aufhebung des Kurzschlusses der Verbindunsanschlüsse

sowie gegebenenfalls

• - abschließende Formgebung des Trägers durch Stanzen oder Schneiden;

es ist dadurch gekennzeichnet, daß nach dem elektrischen Anschluß und ggfs. nach Einkapseln oder Vergießen der in­ tegrierten Halbleiterschaltung(en) zur Aufhebung des Kurz­ schlusses der Verbindungsanschlüsse in den Bereichen zwi­ schen den Verbindungsstellen der Kurzschlußleiterbahn mit den zu kurzzuschließenden Verbindungsanschlüssen der in­ tegrierten Halbleiterschaltung(en) führenden Leiterbahnen durch Abtragen der Leiterbahn oder durch Ausstanzen oder Bohren von durch den Träger hindurchgehenden Öffnungen elektrische Unterbrechungen in der Kurzschlußleiterbahn vorgesehen werden.

Die Erfindungskonzeption bringt folgende wesentliche Vor­ teile gegenüber dem Stand der Technik mit sich:

• - Es besteht maximale Designfreiheit beim Leiterbahn- und Kontaktbereich-Layout;
• - funktionell unnötige bzw. unnötig lange Leiterbahnen und damit auch unerwünschte kapazitive bzw. induktive Effek­ te entfallen, wobei zugleich Materialersparnis erzielt wird;
• - auch große Chips bzw. ICs sind einsetzbar;
• - auch vor der endgültigen, abschließenden Formgebung ist ein dynamischer und statischer Funktionstest möglich, was besonders bei Verwendung von Endlosfilmen als Träger wichtig ist, da zugleich Handling und Aussondern defek­ ter Chipmodule erleichtert sind;
• - die in der Kurzschlußleiterbahn vorgesehenen elektri­ schen Unterbrechungen erhöhen, wenn sie als durch den Träger durchgehende Öffnungen vorliegen, die mechanische Festigkeit entsprechender Laminate, beispielsweise von Chipkarten, gerade im kritischen Chipbereich;
• - die Erzeugung der elektrischen Unterbrechungen der Kurz­ schlußleiterbahn kann auch erst bei der abschließenden Formgebung vorgenommen werden.

Die Erfindung betrifft ferner auch Chipmoduleinheiten, die aus mehreren hintereinander und/oder nebeneinander in gleichen Abständen angeordneten Chipmodulen mit gemein­ samen Träger, vorzugsweise einem streifenförmigen Träger, bestehen; derartige Chipmoduleinheiten zeichnen sich durch besonders erleichtertes Handling und Vorteile beim elektrischen Funktionstest aus.

Die Erfindung erstreckt sich ferner auch auf entsprechende Chipkarten, die erfindungsgemäße Chipmodule bzw. Chipmo­ duleinheiten enthalten.

Wie oben erwähnt, sind bei dem aus DE 31 30 213 A1 bekann­ ten Chipmodul am Rand des in einer wannenförmigen Vertie­ fung angeordneten und darin vergossenen Chips Bohrungen vorgesehen, um die mechanische Haftung entsprechender Laminate im Chipbereich zu erhöhen. Bei diesem Stand der Technik wurde jedoch die Möglichkeit der Kombination der­ artiger Durchgangslöcher mit der Aufhebung der Kurzschluß­ brücke der bei der Herstellung des Chipmoduls kurzzu­ schließenden Leiterbahnen nicht erkannt, die der vorlie­ genden Erfindungskonzeption zugrundeliegt und mit den oben im einzelnen erläuterten besonderen Vorteilen verbunden ist.

Die Bestückung des Trägers mit einer oder mehreren in­ tegrierten Halbleiterschaltungen erfolgt dabei nach an sich bekannten Verfahren, wobei die Halbleiterschaltungen auf dem Träger befestigt und anschließend elektrisch ange­ schlossen werden. Wenn eine vorgegebene Höhe der vergosse­ nen Halbleiterschaltungen nicht überschritten werden darf, kann es zweckmäßig sein, überstehendes Vergußmaterial ab­ zuschleifen, bevor die elektrischen Unterbrechungen in der Kurzschlußleiterbahn vorgesehen werden.

Der elektrische Anschluß der integrierten Halbleiterschal­ tungen an das Leiterbahnsystem kann dabei nach beliebigen, bekannten Verfahren erfolgen, insbesondere durch Drahtbon­ den (Wire Bonding), durch automatisiertes Filmbonden (TAB, Tape Automated Bonding) oder durch Oberflächenbefestigung von integrierten SMD (Surface Mounted Device)-Halbleiter­ schaltungen. Diese Verfahren sind dem Fachmann geläufig und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterung; sie sind ferner in den obengenannten Druckschriften im einzelnen beschrieben.

Um eine möglichst geringe Bauhöhe zu erzielen, ist es günstig, im Träger ein Fenster vorzusehen, das mit einem mit dem Leiterbahnsystem verbundenen Metallfilm überdeckt ist, und die integrierten Halbleiterschaltungen in solchen Fenstern auf dem Metallfilm anzubringen, so daß sich die integrierte Halbleiterschaltung im Querschnitt zumindest teilweise innerhalb des Trägers befindet. Günstigerweise befindet sich dabei der Metallfilm auf der gleichen Seite des Trägers und in der gleichen Ebene wie das Leiterbahn­ system. In diesen Fällen erfolgt die Kontaktierung der integrierten Halbleiterschaltungen vorzugsweise über Ver­ bindungsanschlüsse, die nach einem geeigneten Kontaktie­ rungsverfahren mit der integrierten Halbleiterschaltung verbunden werden und die sich auf der anderen Seite des Trägers als das Leiterbahnsystem befinden und mit diesem durch Kontaktierungslöcher durchkontaktiert sind.

Für den bevorzugten Anwendungsbereich der erfindungsgemä­ ßen Chipmodule für Chipkarten wird ein Träger verwendet, der ein Kontaktfeld aufweist, dessen Konaktflächen über das Leiterbahnsystem mit den entsprechenden Verbindungsan­ schlüssen der integrierten Halbleiterschaltungen verbunden sind. Die Kontaktierung kann dabei direkt galvanisch oder indirekt etwa induktiv oder optisch erfolgen, wobei in diesen Fällen ein kontaktloses integriertes Interface vor­ gesehen sein kann, das eine kontaktlose bidirektionale Datenkommunikation zwischen dem Chipmodul und externen Vorrichtungen ermöglicht, z. B. Schreib-/Leseeinrichtungen.

Zum Einsatz in Chipkarten werden die erfindungsgemäßen Chipmodule vorzugsweise auf einem flexiblen, elastischen Träger aufgebaut, der mit einem Verstärkungsmaterial wie beispielsweise Glasfasern verstärkt sein kann und gün­ stigerweise in Form eines endlosen Streifens oder entspre­ chender Streifenabschnitte eingesetzt wird und aus dem die Chipmodule nach der Fertigstellung auf die endgültige Form ausgestanzt werden. Besonders günstig ist hierbei die Ver­ wendung endloser Trägerfilmstreifen, die einer Kino­ film-Normbreite entsprechen und beiderseits eine Rand­ perforation aufweisen und sich besonders vorteilhaft für die Serienproduktion der Chipmodule eignen, da sie die Positionierung in automatisierten Produktionsvorrichtungen erleichtern. Als Träger können z. B. Trägerfilme des Formats Super-8 bzw. von 11, 14, 16, 19, 24, 35, 48 oder 70 mm Breite verwendet werden.

Alternativ dazu kann der Träger auch in Bogenform verwen­ det werden, wobei dann die Chipmodule ggfs. auch in mehreren parallelen Reihen vorgesehen werden, aus denen dann im letzten Herstellungsschritt einzelne Chipmodule bzw. auch Chipmoduleinheiten mit mehreren Chipmodulen ausgeschnitten oder ausgestanzt werden können.

In jedem Falle ist die Verwendung von Endlosfilmstreifen (Tapes) aus produktionstechnischen Gründen besonders gün­ stig.

Der Träger kann alternativ auch aus einer starren, nicht­ elastischen Leiterplatte bestehen.

Geeignete Materialien für den Träger sind z. B. Epoxyharze, Polyimide, Polyester, Polyethersulfone (PES) sowie Polyparabansäure (PPA).

Der Träger weist, sofern er in Form eines elastischen, flexiblen Trägerfilms eingesetzt wird, günstigerweise eine Dicke im Bereich von 25 bis 200 µm auf.

Die Erzeugung der elektrischen Unterbrechungen in der Kurzschlußleiterbahn erfolgt im Rahmen der Erfindung vor­ zugsweise durch Ausstanzen entsprechender Bereiche der Kurzschlußleiterbahn, wobei durch den Träger hindurch­ gehende Öffnungen entstehen, die den besonderen Vorteil mit sich bringen, daß durch diese Öffnungen bei der Einla­ minierung in Chipkarten eine besonders innige Verbindung der angrenzenden Laminatschichten erfolgt.

Alternativ dazu kann die Herstellung der elektrischen Un­ terbrechungen der Kurzschlußleiterbahn auch durch mechani­ sches Bohren oder Laserbohren erfolgen. Eine weitere gün­ stige Möglichkeit besteht darin, die elektrischen Unter­ brechungen lediglich durch Abtragen des leitenden Mate­ rials im betreffenden Bereich der Kurzschlußleiterbahn zu erzeugen, was außer durch Fräsen insbesondere durch Laser­ bearbeitung, vergleichbar mit dem Lasertrimmen, erfolgen kann. Hierbei wird der Träger an den betreffenden Stellen nicht perforiert, jedoch aufgerauht, was ebenfalls die Qualität der Verklebung mit einer angrenzenden Laminat­ schicht erhöht.

Erforderlichenfalls können die integrierten Halbleiter­ schaltungen in wannenförmig ausgebildeten Vertiefungen, etwa aus Kunststoffolie, vorgesehen werden, an deren Rand die Verbindungsanschlüsse liegen.

Besonders günstige geometrische Verhältnisse liegen vor, wenn der Träger der Chipmodule eine Kurzschlußleiterbahn aufweist, die zwischen einer oder mehreren integrierten Halbleiterschaltungen und einem Kontaktfeld oder anderen Verbindungsstellen so verläuft, daß sie sämtliche zu kurz­ zuschließenden Verbindungsanschlüssen und zum Kontaktfeld führenden Leiterbahnen durchgehend kreuzt. Die Kurzschluß­ leiterbahn stellt bevorzugt eine durchgehende Leiterbahn dar, die beliebige Form aufweisen kann; sie ist jedoch vorzugsweise geradlinig ausgebildet.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren stellt es einen beson­ deren Vorteil dar, daß der elektrische Funktionstest nach der Erzeugung der elektrischen Unterbrechungen der Kurz­ schlußleiterbahn vorgenommen werden kann, also in einem Zustand des Chipmoduls, in dem dieser sich, vor der abschließenden, endgültigen Formgebung, noch im Verbund mit benachbarten Chipmodulen auf dem gleichen, noch nicht geschnittenen oder gestanzten Träger befindet, was das Handling wie auch z. B. die Aussonderung unbrauchbarer Chipmodule erleichtert.

Die abschließende, endgültige Formgebung hängt von Art und mechanischen Eigenschaften des Trägers ab und geschieht insbesondere durch Stanzen oder Schneiden, besonders bei Verwendung eines dünnen, flexiblen Trägerfilms.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf den Stand der Technik am Beispiel eines Chipmoduls mit flexiblem, elastischem Trägerfilm zum Einbau in Chipkarten anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigen

Fig. 1A, 1B eine Vorderansicht (Fig. 1A) und eine Rück­ ansicht (Fig. 1B) eines bekanntgewordenen Chip­ moduls für Chipkarten;

Fig. 2A, 2B eine Vorderansicht (Fig. 2A) und eine Rückan­ sicht (Fig. 2B) eines erfindungsgemäßen Chipmoduls mit noch intakter, nicht unterbrochener Kurz­ schlußleiterbahn;

Fig. 3A bis 3C eine Vorderansicht (Fig. 3A), eine Rückan­ sicht (Fig. 3B) sowie eine Querschnittsdarstellung (Fig. 3C) des erfindungsgemäßen Chipmoduls von Fig. 2A, 2B mit in der Kurzschlußleiterbahn vorge­ sehenen elektrischen Unterbrechungen;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Chipmoduleinheit sowie

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Chipkarte mit einem in­ tegrierten Chipmodul.

Der in den Fig. 1A, 1B dargestellte bekannte Chipmodul 1 besteht aus einem Träger 2, der aus einem endlosen Trä­ gerfilm mit Randperforation 17 ausgestanzt ist, und weist ein Leiterbahnsystem auf, das bei dieser Ausführungsform aus Kontaktflächen 16 und über Kontaktierungslöcher 14 damit in Verbindung stehenden Verbindungsanschlüssen besteht und mit einer integrierten Halbleiterschaltung 5 verbunden ist, die in einem Fenster 10 des Trägers 2 an­ geordnet ist.

Besonders nachteilig ist bei dieser Ausführungsform des Chipmoduls, daß die integrierte Halbleiterschaltung 5 un­ mittelbar unter dem in der Chipkarte freiliegenden und er­ heblichen mechanischen Belastungen ausgesetzten Kontakt­ feld liegt, wobei zugleich die Maximalgröße der integrier­ ten Halbleiterschaltung 5 durch die Kontaktierungslöcher 14 der Kontaktflächen 16 bzw. das Fenster 10 im Träger 2 festgelegt ist. Die bei der Chipmodulherstellung geerdete Kurzschlußleiterbahn 7 ist am äußeren Umfang des Kon­ taktfelds so vorgesehen, daß von jeder Kontaktfläche eine metallische Verbindung zur Kurzschlußleiterbahn besteht, wobei zwei Chipmodule jeweils nebeneinander auf dem Trä­ gerfilmstreifen angeordnet sind; die Kurzschlußleiterbahn 7 schließt entsprechend beide nebeneinanderliegenden Chipmodule ein. Bei der abschließenden, endgültigen Form­ gebung wird der Chipmodul 1 so aus dem Träger 2 aus­ gestanzt, daß die Kurzschlußleiterbahn 7 entfernt und der Kurzschluß der Anschlüsse der integrierten Halb­ leiterschaltung aufgehoben wird. Statische und dynamische Funktionstests sind entsprechend bei derartigen Chip­ modulen erst nach der abschließenden Formgebung möglich, da die Entfernung der Kurzschlußleiterbahn 7 erst im letzten Herstellungsschritt erfolgt; dieser Umstand ist sowohl aus produktionstechnischen als auch aus Handling­ gründen sehr nachteilig.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ausführungsform liegt darin, daß nur außerordentlich wenig Verklebungs- bzw. Laminierungsflächen verbleiben, über die der Chipmo­ dul in eine Chipkarte einlaminiert werden kann, da der Hauptteil der Gesamtfläche des Chipmoduls vom Kontaktfeld eingenommen wird, das bei der resultierenden Chipkarte freiliegt.

Generell gilt für den Stand der Technik, daß hinsichtlich der eigentlichen Chipmodulfunktion unnötige zusätzliche Leiterbahnen bzw. Leiterbahnabschnitte vorgesehen wurden, um eine Verbindung funktioneller Leiterbahnen oder von Kontaktflächen mit der im Abstanzbereich vorgesehenen Kurzschlußleiterbahn zu ermöglichen. Hierdurch werden zu­ gleich unerwünschte parasitäre Kapazitäten oder Induk­ tivitäten hervorgerufen, was ebenfalls nachteilig ist.

In den Fig. 2A und 2B ist ein erfindungsgemäßer Chipmodul in Vorderansicht (Fig. 2A) bzw. in Rückansicht (Fig. 2B) dargestellt. Auch dieser Chipmodul 1 besteht aus dem Träger 2, der in Form eines Trägerfilms mit Rand­ perforation 17 vorliegt, einer in einem Fenster 10 auf einem Metallfilm 11 vorgesehenen integrierten Halbleiter­ schaltung 5 und einem Leiterbahnsystem aus Leiterbahnen 4, das über Verbindungsanschlüsse 6, die über Kontaktierungs­ löcher 14 mit dem auf der anderen Seite des Trägers 2 lie­ genden Leiterbahnsystem verbunden sind, an die integrierte Halbleiterschaltung 5 angeschlossen ist, insbesondere durch Drahtbonden oder nach dem TAB-Verfahren. Auf der dem Chipbereich gegenüberliegenden Filmseite ist das Kontakt­ feld mit den Kontaktflächen 16 vorgesehen. Zwischen dem Kontaktfeld und dem Chipbereich verläuft etwa in der Mit­ telachse des Filmstreifens eine Kurzschlußleiterbahn 7, welche die zwischen dem Kontaktfeld und der integrierten Halbleiterschaltung 5 verlaufenden Leiterbahnen 4 kreuzt. In den Fig. 2A und 2B ist ein Chipmodul dargestellt, bei dem diese Kurzschlußleiterbahn 7 noch intakt ist und keine Unterbrechungen aufweist. Die Fig. 2A, 2B repräsentieren folglich ein Herstellungsstadium, in dem integrierte Halbleiterschaltung (im folgenden auch kurz als Chip be­ zeichnet) bereits auf dem Träger 2 befestigt und elek­ trisch an das Leiterbahnsystem angeschlossen und ggfs. in einer Vergußmasse eingekapselt ist, welche den Chip selbst sowie den Bereich seiner elektrischen Anschlüsse an die Verbindungsanschlüsse 6 abdeckt, die noch kurzgeschlossen sind.

In den Fig. 3A bis 3C ist der gleiche Chipmodul wie in Fig. 2A, 2B dargestellt, wobei zur Bezeichnung gleicher Teile gleiche Bezugszahlen verwendet sind. Der entschei­ dende Unterschied gegenüber Fig. 2A, 2B besteht darin, daß nunmehr die Kurzschlußleiterbahn 7 in den Bereichen zwi­ schen den Verbindungsstellen 8 mit den Leiterbahnen 4 elektrische Unterbrechungen 9 in Form von gestanzten, durch den Träger 2 durchgehenden Löchern aufweist, durch die der Kurzschluß bzw. die Masseverbindung der Ein­ gangsanschlüsse der integrierten Halbleiterschaltung 5 aufgehoben wird.

Fig. 3C zeigt einen Querschnitt durch den Chipmodul 1 längs der Linie A-A in Fig. 3B. Die Querschnitts­ darstellung von Fig. 3C zeigt, daß die integrierte Halb­ leiterschaltung 5 in einem Fenster 10 des Trägers 2 auf einem Metallfilm 11 angeordnet ist und die elektrischen Anschlüsse auf der gegenüberliegenden Seite liegen, wobei die Verbindungsanschlüsse 6 über Kontaktierungslöcher 14 zu auf der anderen Seite des Trägers 2 liegenden Leiter­ bahnen 4 durchkontaktiert sind. Ferner ist eine Unter­ brechung 9 der Kurzschlußleiterbahn 7 dargestellt. Zur besseren Verdeutlichung ist auch hier wie im Fall der Fig. 3A und 3B die Vergußmasse nicht dargestellt, in welcher die integrierte Halbleiterschaltung 5 einschließlich ihrer elektrischen Verbindungen zu den Verbindungsanschlüssen 6 eingebettet ist.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Chipmoduleinheit, die aus vier gleichartigen und in gleichen Abständen neben­ einander angeordneten Chipmodulen 1 mit gemeinsamem, einstückigem Träger 2 besteht; bei der Herstellung des Enderzeugnisses, beispielsweise einer Chipkarte, können die einzelnen Chipmodule 1 vom Endproduzenten ausge­ schnitten oder ausgestanzt werden.

Fig. 5 zeigt eine Chipkarte 18 als bevorzugte Verwendungs­ form der erfindungsgemäßen Chipmodule. Die Chipkarte 18 weist einen in ihrem Inneren integrierten Chipmodul 1 mit integrierter Halbleiterschaltung 5 auf, dessen Kontaktfeld 15 mit den Kontaktflächen 16 etwa in der Kartenoberfläche freiliegt.

Eine hierfür geeignete integrierte Halbleiterschaltung ist beispielsweise der handelsübliche IC HD 65 901.

Die erfindungsgemäßen Chipkarten zeichnen sich insbe­ sondere dadurch aus, daß sie im Bereich 19 zwischen der integrierten Halbleiterschaltung 5 und dem Kontaktfeld 15 durch die in der Kurzschlußleiterbahn vorgesehenen Unter­ brechungen, die vorzugsweise ausgestanzt sind, aufgrund des beim Laminieren nietartig hindurchtretenden Kunst­ stoffmaterials besondere mechanische Festigkeit besitzen, was umso wichtiger ist, als derartige Chipkarten nicht wie etwa mit Magnetstreifen versehene Karten, wie sie etwa in Parkgaragen verwendet werden, nur zum einmaligen Gebrauch, sondern in der Regel zur Langzeitverwendung bestimmt sind.

Claims (44)

1. Verfahren zur Herstellung von Chipmodulen (1) durch

• - Bestücken eines dehnfesten, elektrisch isolierenden Trägers (2), auf dem auf mindestens einer Seite ein Leiterbahnsystem aus metallischen Leiterbahnen (4) vorgesehen ist, mit einer oder mehreren integrierten Halbleiterschaltungen (5),
• - elektrischen Anschluß der integrierten Halbleiter­ schaltung (5) an das Leiterbahnsystem über Ver­ bindungsanschlüsse (6), wobei das Leiterbahnsystem mindestens eine Kurzschlußleiterbahn (7) aufweist, welche die Leiterbahnen (4) miteinander verbindet, die zu bei der Herstellung des Chipmoduls kurzzuschließenden Verbindungsanschlüssen (6) der integrierten Halbleiterschaltung(en) (5) führen,

und

• - Entfernen der Kurzschlußleiterbahn (7) unter Auf­ hebung des Kurzschlusses der Verbindungsanschlüsse (6),

sowie gegebenenfalls

• - abschließende Formgebung des Trägers (2) durch Stan­ zen oder Schneiden,

dadurch gekennzeichnet, daß nach dem elektrischen Anschluß und ggfs. nach Ein­ kapseln oder Vergießen der integrierten Halbleiter­ schaltung(en) (5) zur Aufhebung des Kurzschlusses der Verbindungsanschlüsse (6) in den Bereichen zwischen den Verbindungsstellen (8) der Kurzschlußleiterbahn (7) mit den zu kurzzuschließenden Verbindungsanschlüssen (6) der integrierten Halbleiterschaltung(en) (5) füh­ renden Leiterbahnen (4) durch Abtragen oder durch Aus­ stanzen oder Bohren von durch den Träger (2) hin­ durchgehenden Öffnungen elektrische Unterbrechungen (9) vorgesehen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Anschluß der integrierten Halbleiter­ schaltung(en) (5) an das Leiterbahnsystem durch Draht­ bonden (Wire Bonding), durch automatisiertes Filmbonden (TAB, Tape Automated Bonding) oder durch Ober­ flächenbefestigung von integrierten SMD (Surface Mounted Device)-Halbleiterschaltungen vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die integrierten Halbleiterschaltungen (5) in einem mn Träger (2) vorgesehenen Fenster (10) auf einem Metallfilm (11) vorgesehen werden, der das Fenster (10) überdeckt und mit dem Leiterbahnsystem verbunden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (2) verwendet wird, bei dem der das Fenster (10) überdeckende Metallfilm (11) auf der gleichen Seite des Trägers (2) und in der gleichen Ebene wie das Leiterbahnsystem vorgesehen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Träger (2) verwendet wird, auf dessen einer Seite das Leiterbahnsystem und auf dessen anderer Seite durch Kontaktierungslöcher (14) zum Leiterbahnsystem durchkontaktierte Verbindungsanschlüs­ se (6) vorgesehen sind, die mit der integrierten Halbleiterschaltung (5) verbunden werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (2) verwendet wird, der ein Kontaktfeld (15) aufweist, dessen Kontaktflächen (16) über das Leiterbahnsystem mit den entsprechenden Verbindungsanschlüssen (6) der integrierten Halbleiter­ schaltung(en) (5) verbunden sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Träger (2) verwendet wird, der ein separat oder in integrierter Form darauf vogesehe­ nes kontaktloses integriertes Interface aufweist, das eine kontaktlose bidirektionale Datenkommunikation zwi­ schen dem Chipmodul (1) und externen Schreib-/Leseein­ richtungen ermöglicht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein flexibler, elastischer Träger (2) verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger (2) eine starre Leiter­ platte verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (2) aus Epoxyharz, Polyimid, Polyester, Polyethersulfon (PES) und/oder Polyparabansäure (PPA) verwendet wird, der ggfs. mit einem Verstärkungsmaterial verstärkt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (2) verwendet wird, der mit Glasfasern verstärkt ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) ein Trägerfilm des Formats Super-8 oder von 11, 14, 16, 19, 24, 35, 48 oder 70 mm Breite in Form eines end­ losen Streifens oder eines entsprechenden Streifen­ abschnitts verwendet wird, aus dem die Chipmodule nach der Fertigstellung und ggfs. nach elektrischem Funk­ tionstest auf die endgültige Form ausgestanzt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger (2) ein Trägerfilm in Form eines endlosen Streifens oder eines entsprechenden Streifenabschnitts verwendet wird, der an beiden Längsseiten eine der betreffenden Kinonorm entsprechende Randperforation (17) aufweist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger (2) ein Trägerfilm einer Dicke von 25 bis 200 µm verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Halbleiterschal­ tungen (5) in einer wannenförmig ausgebildeten Kunst­ stoffolie vorgesehen werden, an deren Rand die Verbin­ dungsanschlüsse (6) liegen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergußmaterial, mit dem die integrierten Halbleiterschaltungen (5) vergossen wur­ den, nach dem Aushärten und ggfs. nach der Erzeugung der elektrischen Unterbrechungen (9) der Kurz­ schlußleiterbahn (7) und ggfs. nach dem elektrischen Funktionstest auf eine vorgegebene Höhe abgetragen wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (2) mit einer Kurzschlußleiterbahn (7) verwendet wird, die zwischen einer integrierten Halbleiterschaltung (5) und einem Kontaktfeld (15) so verläuft, daß sie sämt­ liche zu kurzzuschließenden Verbindungsanschlüssen (6) und zum Kontaktfeld (15) führenden Leiterbahnen (4) durchgehend kreuzt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger (2) ein Trägerfilm in Form eines endlosen Streifens oder eines entsprechen­ den Streifenabschnitts mit einer Kurzschlußleiterbahn (7) verwendet wird, die geradlinig in Längsrichtung des Trägerfilms zwischen einer integrierten Halb­ leiterschaltung (5) und einem Kontaktfeld (15) ver­ läuft.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger (2) ein Trägerfilm in Form eines endlosen Streifens oder eines entspre­ chenden Streifenabschnitts verwendet wird, der in eine Länge geschnitten ist, die für mehrere hintereinander angeordnete Chipmodule (1) ausreicht.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die abschließende Formgebung des Trägers (2) nach der Erfindung der elektrischen Un­ terbrechungen (9) der Kurzschlußleiterbahn (7) und nach einem daran anschließenden elektrischen Funk­ tionstest vorgenommen wird.

21. Chipmodul (1)
auf der Basis eines dehnfesten, elektrisch isolie­ renden Trägers (2) auf oder in dem eine oder mehrere integrierte Halbleiterschaltungen (5) angeordnet sind, die über Verbindungsanschlüsse (6) mit einem auf einer Seite oder beiden Seiten des Trägers (2) vorgesehenen Leiterbahnsystem aus metallischen Leiterbahnen (4) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) mindestens eine Kurzschlußleiterbahn (7) aufweist,

• - die an Verbindungsstellen (8) mit den Leiterbahnen (4) verbunden ist, die mit den bei der Herstellung des Chipmoduls (1) kurzzuschließenden Verbindungs­ anschlüssen der integrierten Halbleiterschaltung(en) (5) verbunden sind, und
• - in den Bereichen zwischen den Verbindungsstellen (8) der Kurzschlußleiterbahn (7) mit den zu kurzzu­ schließenden Verbindungsanschlüssen (6) der Halblei­ terschaltung(en) (5) führenden Leiterbahnen (4) elektrische Unterbrechungen (9) in Form von Leiter­ bahnabtragungen oder von durch den Träger (2) hin­ durchgehenden, insbesondere durch Ausstanzen oder Bohren erzeugten Öffnungen aufweist.

22. Chipmodul nach Anspruch 21, erhältlich nach dem Ver­ fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20.

23. Chipmodul nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die integrierten Halbleiterschaltungen (5) durch Drahtbonden (Wire Bonding), durch automati­ siertes Filmbonden (TAB) oder durch Oberflächenbefe­ stigung von integrierten SMD-Halbleiterschaltungen mit den Verbindungsanschlüssen (6) des Leiterbahnsystems verbunden sind.

24. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Halbleiterschal­ tungen in einem im Träger (2) vorgesehenen Fenster (10) auf einem Metallfilm (11) vorgesehen sind, der das Fenster (10) überdeckt und mit dem Leiterbahn­ system verbunden ist.

25. Chipmodul nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch einen Träger (2), bei dem der das Fenster (10) überdeckende Metallfilm (11) auf der gleichen Seite des Trägers (2) und in der gleichen Ebene wie das Leiterbahnsystem vorgesehen ist.

26. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 25, gekenn­ zeichnet durch einen Träger (2), auf dessen einer Seite das Leiterbahnsystem und auf dessen anderer Seite durch Kontaktierungslöcher (14) zu entsprechenden Leiterbahnen (4) durchkontaktierte Verbindungsanschlüs­ se (6) vorgesehen sind, die mit der integrierten Halb­ leiterschaltung (5) verbunden sind.

27. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 26, gekenn­ zeichnet durch einen Träger (2), der ein Kontaktfeld aufweist, dessen Kontaktflächen (16) über das Leiterbahnsystem mit den entsprechenden Verbindungs­ anschlüssen (6) der integrierten Halbleiterschaltung (5) verbunden sind.

28. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 26, gekenn­ zeichnet durch ein auf dem Träger (2) vorgesehenes diskretes oder integriertes kontaktloses Interface, das eine kontaktlose bidirektionale Datenkommunika­ tion zwischen dem Chipmodul (1) und externen Schreib-/ Lesemodulen ermöglicht.

29. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 28, gekenn­ zeichnet durch einen flexiblen, elastischen Träger (2).

30. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 28, gekenn­ zeichnet durch eine starre Leiterplatte als Träger (2).

31. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 30, gekenn­ zeichnet durch einen Träger (2) aus Epoxyharz, Poly­ imid, Polyester, Polyethersulfon (PES) und/oder Poly­ parabansäure (PPA), der ggfs. mit einem Verstärkungsmaterial verstärkt ist.

32. Chipmodul nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch einen mit Glasfasern verstärkten Träger (2).

33. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 29, 31 oder 32, gekennzeichnet durch einen Trägerfilm des Formats Super-8 oder von 11, 14, 16, 19, 24, 35, 48 oder 70 mm Breite in Form eines endlosen Streifens oder eines entsprechenden Streifenabschnitts als Träger (2).

34. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 29, 31, 32 oder 33, gekennzeichnet durch einen Trägerfilm in Form eines endlosen Streifens oder eines entsprechenden Streifenabschnitts, der an beiden Längsseiten eine der betreffenden Kinonorm entsprechende Randperforation (17) aufweist, als Träger (2).

35. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 29 oder 31 bis 34, gekennzeichnet durch einen Trägerfilm einer Dicke von 25 bis 200 µm als Träger (2).

36. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Halbleiterschal­ tungen (5) in einer wannenförmig ausgebildeten Kunst­ stoffolie vorgesehen sind, an deren Rand die Verbindungs­ anschlüsse (6) liegen.

37. Chipmodul nach einem der Ansprüche 21 bis 27 oder 29 bis 36, gekennzeichnet durch einen Träger (2) mit einer Kurzschlußleiterbahn (7) die zwischen einer integrierten Halbleiterschaltung (5) und einem Kon­ taktfeld so verläuft, daß sie sämtliche zu kurz­ zuschließenden Verbindungsanschlüssen (6) und zum Kon­ taktfeld führenden Leiterbahnen (4) kreuzt.

38. Chipmodul nach einem der Ansprüche 33 bis 37, gekenn­ zeichnet durch einen Trägerfilm als Träger (2) in Form eines endlosen Streifens oder eines entsprechenden Streifenabschnitts mit einer Kurzschlußleiterbahn (7), die geradlinig in Längsrichtung des Trägerfilms zwischen einer integrierten Halbleiterschaltung (5) und einem Kontaktfeld verläuft.

39. Chipmoduleinheit, gekennzeichnet durch mehrere hinter­ einander angeordnete Chipmodule (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 38 mit gemeinsamem, einstückigem Träger (2).

40. Verwendung der Chipmodule (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 38 sowie der Chipmoduleinheiten nach Anspruch 39 zur Herstellung von Chipkarten oder ähnlichen Da­ tenträgern.

41. Chipkarten (18), gekennzeichnet durch mindestens einen Chipmodul (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 38 oder mindestens eine Chipmoduleinheit nach Anspruch 39.