封裝芯片卡微電路的方法以及由此得到的電子微電路模塊的制作方法

專利名稱：封裝芯片卡微電路的方法以及由此得到的電子微電路模塊的制作方法
技術領域：
本發明的主題是一種封裝模塊電子微電路的方法，其中每個模塊微電路都被設計成可容納一個通常被稱作芯片的集成電路，從而構成了電子微電路模塊。本發明的另一個主題是由此得到的電子微電路模塊。實際上，隨著配備有這種模塊的芯片卡產量的增長，以及在日常生活中越來越多的用到芯片卡，因而制造這些模塊的過程需要被改進以滿足在數量上的需求，有時候則會損害產品的質量和可靠性。本發明還涉及這些模塊在芯片卡或者其它基片上的安裝。
背景技術：
芯片卡是通過將一個電子微電路模塊置于在卡的厚度方向上的一個凹腔處形成的。這種電子模塊在卡的可見面上具有一個微電路，該微電路的上接觸面具有一定的導電面積。該電子模塊的另一面支承一個芯片，其被隱藏在卡的凹腔處內。該芯片被固定并連接在與上表面導電區域相對的下表面上。
關于現有技術，法國專利FR-A-2488446描述了一個緊湊的電子模塊，其被設計成安裝在一個身份證上。該模塊包括一個芯片，其基座粘在一個具有接觸區域的金屬板的第一面上。該芯片通過導線與這些接觸區域相連，即將芯片的上部與該接觸區域相連。該模塊包括一個支撐該金屬板的支撐件或者基片。該支撐件具有一個或多個窗口以使該芯片粘在和/或連接在該金屬板上。
芯片的膠粘帶來一個問題，即其不具有長期的可靠性。此外，它需要以均勻的量以及較近的確定間距來分配膠粘點。但在膠面上產生的氣泡會削弱該模塊的機械強度。事實上，為了達到必需的生產條件，所使用的膠必須可以在相對較高的溫度下進行快速粘結。但這些膠仍然會形成氣泡而導致安裝在金屬板上的芯片的不穩定性。
為了給予模塊一定的機械強度，且同時可以保護導線及芯片，使用一種涂層產品來覆蓋它們。例如該涂層產品可以是一種樹脂。其可以在熱處理或者紅外線或紫外線照射的作用下硬化聚合。該涂層樹脂本身也帶來一個問題。它的可濕性是不穩定的，且部分取決于不是以較小代價就能控制的外部條件。該沉積樹脂在下表面側形成了一個半球形隆起，但在其未聚合時其會蔓延開。這種樹脂滴的蔓延會導致模塊的機械強度被削弱并且很難保護微芯片及其導線。
該樹脂滴的流動還產生一些困難，即其使得模塊過寬。為了定位這些樹脂滴，因而必須在該滴的周圍設置一個外圍，以保留將模塊連接到卡上的環周區域。該連接區域隨后膠粘在芯片卡凹腔的側槽口中配設的緣部上。
另一方面，一種可在紫外線照射下聚合的溫和聚合樹脂具有適當的可濕性，從而可以為其涂覆的物品提供良好保護。但這種樹脂不能給予模塊足夠的機械強度。此外，紫外線照射也會破壞模塊上芯片的存儲區。
對于上述問題，已知的解決辦法是使用具有較好機械強度品質的樹脂，并減小樹脂滴的直徑。這種解決辦法為樹脂滴的外溢提供了一個屏圍。該屏圍可以通過例如在容納芯片的金屬板區域外周絲網印刷一種硅樹脂環來得到。然而，這種解決辦法的效果有限，并且若板略微傾斜則其也不能很好地限制樹脂滴的流動。
另外，美國專利US-A-5989941描述了使用一種屏圍來形成涂層產品通道，從而可以改善電子模塊的散熱及機械粘合。已知結合這種屏圍的方法的技術術語是“筑壩及填充(dam & fill)”。該屏圍通過一個粘合層固定在模塊支撐件上。其被固定在該支撐件的一側上，該支撐件同時還支撐連接芯片的接觸板。該屏圍相當于帶有一個一定尺寸窗口的薄膜，從而使接觸板可以構成一個金屬電路模塊且芯片被完全框在該窗口內。根據該文獻僅能得知可以使用包括至少一種導電膜的薄膜。此外，該薄膜是在金屬電路形成以后并且芯片已經連接到該電路上之后才安裝在模塊上的。
該薄膜包括例如一個長的條帶，它的一個面被敷帖器涂覆了膠粘材料。根據該文獻，該薄膜隨后被切割成一定尺寸，從而形成窗口。該薄膜窗口被布置成可與支撐件的不同區域共同作用，每個區域都包括一個金屬電路且一個芯片與該電路相連，該支撐件都具有接頭以使其可以附在芯片卡上。該膜通過將各窗口均布置在一個電路周圍的方式膠合在該支撐件上。由于膜的厚度，當樹脂滴隨芯片沉積在電路上時該窗口可以限制涂層材料的流動。
為了可以隨后被安裝在一個身份證上，根據該說明所得到的電子模塊必須涂覆一種專門的膠，由于具有所使用薄膜類型相同的性質，所述膠可以粘附在身份證凹腔的底部。
根據該技術的微型模塊的難度在于即便它們裝備有一個薄膜來防止樹脂滴的流動，它們仍然需要較長的、費事的且效率低下的準備階段，相當于將微型模塊安裝到卡上的階段。事實上，為了將微型模塊安裝到卡上而使用了第二薄膜，其被涂覆了“熱溶性”膠并且在第一階段中進行預切割以在其上形成窗口。隨后，將該膠膜熱軋在微型模塊上，最后在第三階段中該薄膜的膠被激活，從而可以將微型模塊最后安裝在卡上。
該第一階段效率低下，原因是裁刀(ciseaux)粘著已被冷卻的膠膜，并阻止對薄膜進行較快速的操作。因此該第一階段與大量生產芯片卡所必需的速度是矛盾的。此外，為了保證該膠膜在微型模塊上的準確定位，其必須提供能一個接一個取下的小珠，這也減慢了制造過程。對于較快的制造過程，在生產膠膜層時會產生很高的報廢率。在此階段的報廢是非常昂貴的，因為所有報廢的元件都不能被再利用。
使用這樣一種膠膜必然得到一種比單獨膠合各微型模塊更快的生產速度。然而為了使微型模塊可以附著在凹腔底部則必須使用這種膠膜，即便其長期可靠性有限。

發明內容
本發明的任務是通過重新設定電子微型電路的封裝過程來對上文提出的問題進行補救，以便于隨后帶有微電路的模塊的卡片安裝。通過這種方式，提高了電子模塊封裝階段的效率，并進一步提高了將這種電子模塊安裝在卡上的長期可靠性。由于模塊在卡上的膠合可靠性提高了從而最終產品的可靠性也增加了。本發明有效地將所有粘合裝置傳遞到該電子微電路模塊上。
因此本發明的主題是一種電子微電路模塊，其包括一個基片，在該基片第一面上的至少一個接觸區域，該基片的第二面可以容納一個集成電路，其特征在于其包括一個平行六面體，一種第一粘合裝置將掩模的第一面保持在基片第二面上，該掩模通過穿孔來界定了一個平行六面體從而圍繞集成電路形成一個窗口，和一種分布在掩模第二面上的第二粘合裝置。
因此本發明的另一個主題是一種封裝電子微電路模塊的方法，其其特征在于包括如下組成步驟-在基片條帶的第一面上形成一個接觸區，-在基片第二面與掩模條帶的第一面之間布置一種第一粘合裝置，以將掩模保持在該第二面上，-穿孔掩模條帶，從而形成一個掩模窗口朝著接觸區域，-在掩模的第二面上布置一種第二粘合裝置，和-將各個單獨的模塊以平行六面體形式分離出來。


本發明將通過閱讀下文說明以及參照附圖來進行更好的理解。這里給出的內容僅僅是為了舉例說明而不是對本發明的限制。各附圖表示了-圖1根據本發明的一個電子模塊的縱向剖面圖，其安裝在一個芯片基片上，特別是一個芯片卡上；-圖2根據本發明的一個電子模塊下方的透視圖。
具體實施例方式
圖1表示了一個根據本發明的電子微電路模塊1。模塊1包括一個基片2，其形成了一個平面。基片2優選由一種絕緣材料制成，例如聚酯膠片，特別可以由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘亞甲基亞乙基酯(PEN)、甚至聚酰亞胺制成。在一個特定實施例中，基片具有25微米量級的厚度。
在基片2的第一面3上，模塊1具有一個接觸區域4。接觸區域4是例如印刷電路。該印刷電路是通過將厚度為18到35微米的銅層層壓到基片上形成的。該銅層通過預先沉積的粘合劑來保持在第一面3上。隨后，帶有銅層的基片2通常通過化學蝕刻以形成印刷電路4。
基片2還帶有孔5，其形成在基片所構成的平面上，并使其第一面3附在第二面6上。第二面6平行于第一面3并與第一面3相對。
微電路模塊1在第二面6側具有一個厚的掩模7，其通過一個粘合裝置8膠合在第二面6上。掩模7相當于一個350微米量級厚度的層，且在其上至少形成一個窗口9。該模塊的厚度大于集成電路10的高度。窗口9足夠大從而可以使集成電路10，或芯片10，可以直接附在基片的第二面6后。掩模7優選由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETG)或者聚氯乙烯(PVC)類型的塑料聚合物制成。其也可以由紙制成。掩模7材料的選擇取決于隨后設計的電子模塊所使用的材料。為掩模7選擇的一種有效的材料是可以使其容易地膠合或焊接在其互補裝置上，例如一個芯片卡。
在一個例子中，粘合裝置8為熱塑性聚合樹脂層(例如聚酯類)形式的，其可以在一個中等溫度(例如在100℃至130℃之間)下被激活。
掩模7有一個實心條帶制成。在一種實施例中該實心條帶在安裝到第二面6之前穿孔。掩模7優選為包括幾個像9一樣的窗口的實心條帶。因此該實心條帶包括一序列的窗口9，其具有重復的形狀并沿條帶由位于窗口9之間的固體部分以及圍繞窗口9邊緣的連續固體部分來彼此分隔開。這些圍繞窗口9的固體部分在基片2上框出了一個單獨的區域。基片2的各單獨區域對應于一系列的接觸區域例如4本身。掩模7的窗口9根據這一系列的接觸區域4被準確地排布好，從而這一系列接觸區域4可以容納一個芯片例如10。
掩模7必須在第二面6上精確定位，因為它的定位對于芯片10在第二面上的正確安裝以及通過孔5與接觸區域4的連接來說都是非常關鍵的。然而，由于掩模優選在安裝芯片10之前被放置，如果定位不正確那么此類錯誤造成的損失也是較低的。
為了使掩模7可以相對于芯片10所要放置以及連接的區域精確定位，使用了一種層壓技術。為了實現該目的，在一個優選實施例中，掩模7的條帶具有橫向定位孔眼(沿條帶長度方向規則分布)以形成一些標志，則互補裝置可以通過這些標志預先與條帶連接，從而確保掩模7在層壓過程中準確定位。
根據第一實施例，為了將已穿孔的掩模7保持在基片2第二面6上，第二面6預先涂覆了一層粘合裝置8。在這種情況下，粘合裝置8甚至可以在制造印刷電路4之前沉積。此外，粘合裝置8可以施加在整個第二面6上，甚至在對應掩模7的窗口9的區域上(除了在孔5的位置上)。掩模7隨后由輥子將粘合裝置8層壓在基片2上。
根據第二實施例，粘合裝置8沉積在掩模7的一個面上，該面再試圖壓在第二面6上。在涂敷了粘合裝置8之后再制造窗口9，這樣可以保證膠的分布并防止基片的第二面被涂覆。通過同樣的方法即在兩個卷筒之間進行連續層壓的方法，掩模7膠合在基片2上。在此第二種情況下，必須提供第二粘合裝置來將芯片10保持在第二面6的位置上。
在一優選實施例中，芯片10安裝在窗口9上并通過第一粘合裝置8來膠合在基片2的第二面6上。優選在掩模7沉積在基片2上之后安裝芯片10。然而，在這兩種方法中，其也可以被預先安裝。為了得到有效的且牢固的膠合，膠在芯片放置處被激活。在一種變型中，如圖2所示，用一個膠4′的第二層來將芯片10膠合在基片2上。
隨后，為了連接芯片10與接觸區域4，優選采用被稱作“引線接合法”線連接技術，即芯片10的上表面12上的一個區域與接觸區域4的一個下表面13通過金屬例如鍍金線11來連接。所用的線11的直徑為例如20微米量級且兩端的接頭由超聲波熱焊制成。線11在孔5的位置處穿過基片2。芯片通過表面元件安裝技術，CMS，公知的“倒裝法”來進行安裝也是可以想得到的。在這種情況下芯片優選在安裝掩模之前就安裝在基片上。
當芯片附在基片2上時掩模7的厚度大于芯片的高度。這樣掩模7條帶框出的邊緣可以保護芯片10。為了更好地進行保護，芯片10和線11均涂有一層樹脂涂層14。
樹脂涂層14以液體形式引入，再通過聚合作用來加固硬化。為了可以進行這種涂覆，窗口9的開口朝上。樹脂流14沉積在由窗口9形成的空腔內，從而使空間被填滿。聚合過程可以通過加熱或紅外線處理裝置來加速，或者可以通過紫外線照射。如果掩模由PVC制成的話樹脂14優選由紫外線來進行照射以避免掩模上產生不良后果。
以此方式制成的微電路模塊1就具有了一個接觸面，其帶有接觸區域例如4，和一個接合掩模7的后表面，該后表面與接觸面平行。為了將此種微芯片1安裝在一個互補裝置內(例如芯片卡)，首先必須裝備芯片10使成為一個完整的電子模塊，然后再將該完整的模塊置于該互補裝置的凹腔處內。在本發明中互補裝置基座的凹腔處為均勻的平行六面體。這個凹腔處構成了一個不帶槽口的簡單空腔，從而該凹腔處的底部與個體化模塊的尺寸相同。凹腔處底部的材料與掩模7相容。在此，相容是指兩種材料可以用一種常規膠或者通過超聲波焊接技術來牢固地互相膠粘在一起。
在互補裝置為芯片類身份證的情況下，其優選由與那些掩模相容的塑料材料制成。因此，可以使用氰基丙烯酸鹽粘合劑。膠合過程也可以通過將膠分布并使用超聲波振動技術來保證。
從條帶開始，在芯片安裝到每個窗口空腔9內之前或之后模塊都可以分離。在優選的情況下，微電路模塊的單獨分離是在芯片安裝之后且各芯片的窗口空腔9被注滿涂層樹脂之后進行的。
在優選的情況下，膠層15再涂覆之后和分離之前沉積在整個條帶上(在芯片還未被涂覆的一側)，這種膠也優選為熱溶型。隨后模塊被分離，例如鋸成如16和。17，或者通過模壓。各模塊隨后呈現矩形平行六面體形狀，其一個面由膠層15覆蓋。該模塊可以由其邊緣抓起，或者通過一個吸管從上部、板4抓起。隨后將其放置在相應的芯片卡19或其它芯片支撐件的平行六面體凹腔18中。凹腔18具有完整的側面，不帶槽口。
在一個變型中，膠層15與層8同時施加。隨后它們與窗口9同時進行模壓。然后基片2層壓在條帶7上。然后安裝芯片10。再施加涂層14，然后將模塊一個一個地分離，在此情況下已經進行了預涂膠，再安裝在芯片卡的空腔18內。
在兩種情況下模塊均為平行六面體形。其在該技術中不帶有任何接頭。這些在周圍連接區域的接頭是用來將模塊安裝到卡空腔的槽口內的。然而，這些接頭的缺陷是會產生撕裂。在本發明中，芯片從底部膠合在卡上。膠層15的全面、校準的布置保證了它的厚度，并且還輕松地36滿足了對于從卡上突出的區域4的平整性要求。沒有接頭則消除了有接頭會遇到的撕裂問題。
因而在第一模式中掩模條帶被置于基片條帶之上，芯片放在空腔中，芯片通過在掩模中的填料來進行涂覆，施加膠層15并分離預涂膠的平行六面體模塊。在這種情況下，這些膠層優選為熱溶性膠層，其可以由加熱來激活。
在第二種模式中，膠層8和15被置于掩模條帶的兩側，在其還未穿孔之前，窗口9形成在掩模和膠層中，通過將窗口9與金屬層4的相應背面對準來將預涂膠掩模放在基片2上，安裝芯片，芯片被涂覆且在此時分離預涂膠的平行六面體模塊。
在一個變型中，各膠層可以由雙面膠帶來替代。在另一個變型中，各個模塊可以膠合在芯片卡的簡單平行六面體空腔底部上，通過氰基丙烯酸鹽粘合劑膠合或通過在空腔底部與模塊底面間進行超聲波膠合。
權利要求
1.電子微電路模塊(1)，其包括一基片(2)，在所述基片的第一面(3)上有至少一接觸區域(4)，所述基片的第二面(6)允許容納一集成電路(10)，其特征在于所述電子微電路模塊(1)具有一平行六面體；一第一粘合裝置(8)，用于將一掩模(7)的第一面保持在所述基片第二面上，所述掩模界定出所述平行六面體，并被穿孔以圍繞集成電路形成一窗口；和一第二粘合裝置，其分布在所述掩模第二面上。
2.如權利要求1所述的模塊，其特征在于，所述掩模是由一種與容納所述模塊的卡相同的材料制成，例如聚酯類或聚氯乙烯類聚合物。
3.如權利要求1或2所述的模塊，其特征在于，所述掩模具有一厚度，其由所述掩模被安裝其上的所述基片第二面確定，其厚度大于所述集成電路的高度。
4.如權利要求1至3中任一項所述的模塊，其特征在于，所述第一粘合裝置使集成電路可以保持在所述基片上。
5.封裝電子微電路模塊(1)的方法，其特征在于，包括如下步驟-在一基片條帶(2)的第一面(3)上形成一接觸區(4)，-在所述基片第二面與一掩模條帶(7)的第一面之間布置一第一粘合裝置(8)，以將所述掩模保持在所述第二面上，-穿孔所述掩模條帶，使得一掩模窗口面對面朝著所述接觸區域，-在所述掩模的第二面上布置一第二粘合裝置，和-將所述模塊個體化成一平行六面體形式。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于還，包括補充步驟-選擇一這樣的掩模，其材料與所述模塊安裝其中的卡的材料相同。
7.如權利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述掩模的形式為具有多個窗口的條帶，其在個體化之前層壓在一包括多個接觸區域的支撐件上。
8.如權利要求5至7中任一項所述的方法，其特征在于，將所述掩模保持在所述基片第二面上的步驟包括一操作-將所述第一粘合裝置層壓在所述基片第二面上。
9.如權利要求5至8中任一項所述的方法，其特征在于，將一粘合裝置布置在所述掩模上的步驟包括一操作-將所述粘合裝置沉積在所述掩模上，然后-在將所述掩模層壓到所述基片第二面上之前對所述掩模穿孔。
10.如權利要求5至9中任一項所述的方法，其特征在于，包括一后續步驟在所述第一粘合裝置上，將一集成電路膠合在所述基片的第二面上。
11.如權利要求5至10中任一項所述的方法，其特征在于，包括一步驟-將所述帶有電子電路的掩模膠合到一卡的凹腔底部。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，將所述掩模膠合到所述凹腔中的步驟包括一操作-在所述模塊與所述凹腔底部之間沉積氰基丙烯酸鹽粘合劑。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，將所述掩模膠合到所述凹腔中的步驟包括一操作-通過超聲波輻射進行焊接。
全文摘要
本發明設計一種封裝電子微電路(1)的方法，用以制造一個可通過簡單的膠或焊接進行固定的電子模塊。所述微電路具有一種幾何形狀，該形狀適合于卡(19)上為微電路而設的殼體形狀，和一種相應于所述卡的掩模裝置(7)。所述掩模可以防止用來在該模塊內保護芯片(10)涂層樹脂(14)外溢。該掩模在支撐件(2)第一面(3)上與接觸板(4)膠合，且掩模與芯片在第二面(6)上膠合。該掩模具有一個窗口(9)以放置芯片。
文檔編號H01L23/02GK1647106SQ03808708
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月16日 優先權日2002年4月18日
發明者讓-皮埃爾·拉德納, 延尼克·德馬奎勒, 讓-雅克·米施勒, 克里斯托弗·馬蒂厄 申請人:Fci公司