采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法

專利名稱：采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法
技術領域：
本發明屬于智能卡及其模塊制造技術領域，具體涉及一種采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法。
背景技術：
智能卡面世以來，歷經數十年的發展，形成了其獨特的加工工藝。目前用得最廣泛的是把芯片先封裝成模塊，再把模塊植入到卡基上。由于智能卡的技術發展是延續磁卡的技術標準ISO7816，其外觀尺寸為85.60mm×53.98mm×0.76mm，只有名片大小。特別是Plug-in尺寸的SIM卡，更是只有25mm×15mm×0.76mm尺寸。
在智能卡上，進行IC卡的加工制作，受到卡片尺寸的限制。智能卡芯片的封裝工藝與主流半導體封裝工藝不同，采用了一種稱作軟包封的特殊工藝。軟包封工藝有四個特點第一是采用單面覆銅的樹脂或者玻璃纖維條帶作為模塊封裝的載帶，并在樹脂層面上預留用于芯片與銅箔觸點的電氣連接位置；第二是采用特殊封膠材料和封膠工藝，用UV膠(紫外照射固化膠)或者熱固化膠(黑膠)，這二種膠在常溫下都是膠黏態，在涂敷到芯片表面后，采用UV紫外線照射(UV膠)或者高溫烘烤(黑膠)使之固化；第三是在封裝工藝過程中，一般不用模具，而是用針管注射方式，直接將膠體涂敷到芯片表面上，把貼在單面覆銅條帶上的芯片和焊接的金絲包封起來做成模塊，而且一般都只封裝一顆芯片；第四是包封模塊的面積小于條帶的有效面積，因為條帶上要留出部分面積用于粘貼在卡體上。
隨著智能卡應用技術和芯片設計技術的發展，智能卡的應用技術內涵已經突破了傳統，發展到復雜的芯片功能，甚至是多芯片和電子元件組合系統。這對傳統的智能卡模塊所使用的軟封裝技術提出了極大的挑戰，軟封裝原有的特點反而面臨著很大的局限性第一是單面覆銅的條帶智能用于與芯片之間非常簡單的電氣連接，難以滿足多芯片之間數十甚至上百條引線的布線要求；第二是UV膠(紫外照射固化膠)或者熱固化膠(黑膠)的封裝方式，封裝面積和封裝強度方面都較弱，因膠體的流動性很大，對產品的外觀控制困難，封裝后的模塊的厚度、直徑的一致性很差，對后道制卡工藝帶來了麻煩，且固化密度較低，無法對多芯片和金絲焊線進行有效的長期保護；第三是包封模塊的面積小于條帶的有效面積，因為條帶上要留出部分面積用于在卡體上進行粘貼，浪費了本來就很有限的空間，難以滿足多芯片系統對封裝面積的要求。因此，必須要尋找新的方法實現多個芯片復雜系統的智能卡模塊的封裝制作。

發明內容
本發明的目的在于針對上述智能卡傳統加工方法的局限性，提出了采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，從而實現了多個芯片復雜系統的智能卡模塊的封裝制作，使得智能卡在外部尺寸不變的情況下，內部功能及性能得以實現重大突破。
本發明的技術方案如下采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，包括如下步驟(1)根據芯片和元件組合之間的邏輯連接關系，設計并制作雙面PCB基板或者多層PCB基板；(2)采用表面貼裝工藝將表面貼裝元件逐一貼裝在PCB基板上預先設計的元件位置，過回流焊使之固化；(3)用貼片膠將芯片逐一貼裝在PCB基板上預先設計的芯片位置，并把芯片上的焊盤和PCB基板上的相關信號線焊接在一起；(4)將包含矩形腔體的塑封模具置于PCB基板加工位置上，把所要塑封的元件、芯片以及焊線完全覆蓋起來，將塑封料灌入模具腔體，使之填充滿芯片、元件和模具之間的空隙，并加熱使之固化，形成多芯片和表面貼元件組合的智能卡模塊；(5)將塑封后的模塊用設計好形狀的沖切工具，沖切出所需要的外部形狀；(6)根據模塊形狀和尺寸，在智能卡卡體規定位置上銑出與被貼裝模塊尺寸一致的矩形槽體；(7)采用冷膠或者熱融膠工藝，將塑封封裝的模塊植入到智能卡片的槽體中；(8)在已經封裝好的智能卡片上根據標準尺寸沖切出Plug-in SIM卡形狀。
進一步，如上所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，步驟(1)中所述雙面PCB基板包括觸點面銅箔、樹脂層、焊點布線面銅箔、連接各層布線的過孔；所述多層PCB基板包括觸點面、樹脂層、布線層、絕緣層、焊點布線層、連接各層布線的過孔。不論是雙面還是多層PCB基板的總體厚度均須控制在0.16-0.24mm之間。
進一步，如上所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，步驟(4)中模具的矩形腔體為直角矩形或圓角矩形。
進一步，如上所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，步驟(5)中的沖切方式可以用激光切割方式替代。
另一種采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，包括如下步驟(1)根據芯片和元件組合之間的邏輯連接關系，設計并制作雙面PCB基板或者多層PCB基板；(2)采用表面貼裝工藝將表面貼裝元件逐一貼裝在PCB基板上預先設計的元件位置，過回流焊使之固化；(3)用貼片膠將芯片逐一貼裝在PCB基板上預先設計的芯片位置，并把芯片上的焊盤和PCB基板上的相關信號線焊接在一起；(4)將包含與Plug-in SIM卡的尺寸和外形標準相一致的矩形腔體的塑封模具至于PCB基板加工位置上，把所要塑封的元件、芯片以及焊線完全包封起來，將塑封料灌入模具腔體，使之填充滿芯片、元件和模具之間的空間，并加熱使之固化，形成多芯片和表面貼元件組合的智能卡模塊；(5)對塑封后的卡體進行加工，沖切出所需要的外部形狀。
進一步，如上所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，步驟(1)中所述雙面PCB基板包括觸點面、樹脂層、焊點布線面、連接各層布線的過孔；所述多層PCB基板包括觸點面、樹脂層、布線層、絕緣層、焊點布線層、連接各層布線的過孔。不管是雙面還是多層PCB基板的總體厚度均須控制在0.16-0.24mm之間。
進一步，如上所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，步驟(4)中一個模具上包含有多個矩形腔體。
進一步，如上所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，步驟(5)中的沖切方式可以用激光切割方式替代。
本發明采用雙面PCB基板或多層PCB基板設計，可以滿足多芯片和元件之間大量引線的布線要求，實現多個芯片和元件之間的電氣連接。另外，由于采用模塊塑封方式，用模具封裝，對模塊的外觀進行控制，保證了模塊外形的穩定、規則，從而確保封裝外形精度和模塊的質量穩定。產品外形一致性更高，對后道制卡工序帶來了很大的便利。而且PCB板與元件、芯片統一封裝，節約了用于與卡體粘貼的面積，為增加元件、芯片擴展了一定的空間。


圖1為將多芯片和元件組合封裝成智能卡的橫截面示意圖。
圖2為雙面PCB基板橫截面示意圖。
圖3為智能卡信號接觸點位置示意圖。
圖4為觸電電極區示意圖。
圖5為芯片和元件的貼焊位置示意圖。
圖6a為直角矩形腔體模塊塑封面示意圖。
圖6b為圓角矩形腔體模塊塑封面示意圖。
圖7為在卡體上銑出放置智能卡的槽體位置圖。
圖8為模塊植入示意圖。
圖9為在已經封裝好的智能卡片上沖剪出SIM卡形狀示意圖。
圖10為Plug-in SIM智能卡封裝后在PCB板上排列示意圖。
圖11為4層PCB基板橫截面示意圖。
圖中，1.PCB基板、2.貼片元件、3.芯片、4.塑封材料、5.金絲、6.觸點面、7.樹脂層、8.焊點布線面、9.過孔、10.元件位置、11.芯片位置、12.智能卡模塊、13.卡體、14.槽體、15.Plug-in SIM智能卡、16.觸點面、17.樹脂層、18.布線層、19.絕緣層、20.布線層、21.樹脂層、22.焊點布線層、23.過孔具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的描述。
實施例1將多芯片和元件組合封裝成智能卡如圖1所示，主要包括PCB板1、元件2、芯片3、塑封材料4。制作方法步驟如下(1)設計制作雙面PCB基板PCB基板的主要功能是提供板上各個元器件之間的相互電氣連接，在板的表面可以看到的細小線路材料是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個板子上的，而在制造過程中部份被蝕刻處理掉，留下來的部份就變成網狀的細小線路了。這些線路被稱作導線(conductor pattern)或稱布線。雙面板(Double-Sided Boards)兩面都有布線。兩面的導線通過過孔(via)對兩面的導線進行連接。因為雙面板的布線可以互相交錯(可以繞到另一面)，適合用在較為復雜的電路上。雙面PCB基板的厚度為0.20mm，所布走線非常細密，焊盤面積和間距都非常小，一般在幾十微米之間，已達到PCB設計和加工尺寸的極限，但在設計時PCB板需提供觸點面6、樹脂層7、焊點布線面8、過孔9來實現智能卡內部各元器件之間的連接或與外部設備的連接，雙面PCB基板橫截面如圖2所示。觸點面需根據ISO/IEC7816標準規定的尺寸位置，如圖3所示，具體尺寸見表1，提供8個觸點電極區，如圖4所示。
表1接觸點位置尺寸表

(2)貼裝SMT元件用導電膠將元件2逐一貼裝在PCB基板焊點布線面8上預先設計的元件位置10，過回流焊使之固化，見圖1、圖5。
(3)貼裝、焊接芯片用貼片膠將芯片3逐一貼裝在PCB基板焊點布線面8上預先設計的芯片位置11，并用金絲5把芯片上的焊盤和PCB基板上的相關信號線焊接起來。見圖1、圖5。
(4)模塊塑封為能方便植入0.8mm厚的卡體上，塑封后的模塊總厚度宜為0.60mm，雙面PCB基板的總體厚度為0.2mm，則模塊塑封厚度為0.4mm，所設計出包含矩形腔體的塑封模具內部矩形腔體的高度應為0.4mm。采用塑封工藝技術和設備，將模具至于PCB基板1加工位置上，把所要塑封的元件2、芯片3以及金絲5完全包封起來，將塑封料4(半導體器件塑封料一般是細微顆粒狀的樹脂粉末)灌入模具腔體，使之填充滿芯片、元件和模具之間的空間。并加熱使之固化，形成有8個符合ISO/IEC7816標準觸點并且集成了多芯片和表面貼元件組合的智能卡模塊；為了充分擴展模塊的可利用空間，將傳統模塊上涂膠的條帶范圍都塑封在模塊中，形成矩形模塊，可以獲得最大的封裝空間，以便包封更多的芯片和元件。模具的矩形腔體可以設計成直角矩形，也可以設計成圓角矩形(一般在卡體上用銑刀銑出的槽體為圓角矩形)，如圖6a、6b所示。
(5)模塊切割塑封后的模塊，用設計好形狀的沖切工具(或者用激光切割)，從PCB基板1上沖切下來并沖切出所需要的外形形狀。
(6)智能卡體制作根據模塊形狀和尺寸，在卡體13規定位置上銑出與被貼裝模塊形狀尺寸一致的槽體14，如圖7所示。
(7)模塊植入采用與常規智能卡植入工藝相同的工藝方法(冷膠或者熱融膠工藝均可)，將塑封封裝的模塊12植入到智能卡片的槽體14中，見圖8。冷膠工藝是在事先銑好的槽中滴入液態快干膠滴，將模塊放入槽中，在模塊上部用壓鐵施加一定壓力，使模塊和卡體粘接牢固；熱膠工藝則是在模塊上粘貼好膠條，把模塊放入銑好的槽中，模塊上部用加熱的壓鐵壓住，使模塊和卡體粘接牢固。
(8)SIM卡形狀沖剪在已經封裝好的智能卡片上根據標準尺寸沖剪出SIM卡15形狀，如圖9所示。
實施例2將多芯片和元件組合直接封裝成智能卡如圖1所示，主要包括PCB板1、元件2、芯片3、塑封材料4。制作方法步驟如下(1)設計制作4層PCB基板為了增加可以布線的面積，可采用多層板(Multi-Layer Boards)，例如4層PCB板，4層板是在雙面板的基礎上內部增加二層布線層，每層布線層間加入一層樹脂層，PCB基板表面的細小銅箔線路因為布線可以互相交錯(可以繞到另一面)，適合用在更為復雜的電路上。考慮到塑封卡整體厚度尺寸需符合ISO/IEC7816標準規定的0.8mm，也考慮到芯片本身的厚度，故PCB基板的厚度控制在0.16-0.24mm之間。在設計時4層PCB基板需提供觸點面16、樹脂層17、布線層18，絕緣層19、布線層20、樹脂層21、焊點布線層22、過孔23。實現智能卡內部元器件之間或與外部設備的連接，如圖11所示。觸點面需根據ISO/IEC7816標準及GSM11.11標準規定的尺寸位置，提供8個觸點電極區。預留8個觸點形狀樣式可多變，如SIM卡觸點面表面全部鍍金，或者SIM卡觸點面只露出8個滿足標準最小尺寸的觸點，其余部分用阻焊劑涂覆。
(2)貼裝SMT元件用導電膠將元件2逐一貼裝在PCB基板焊點布線面22上預先設計的元件位置10，過回流焊使之固化；見圖1、圖5；(3)貼裝、焊接芯片用貼片膠將芯片3逐一貼裝在PCB基板焊點布線面20上預先設計的芯片位置11，并用金絲5把芯片上的焊盤和PCB基板上的相關信號線焊接起來。見圖1、圖5；(4)模塊塑封設計制作包含矩形腔體的塑封模具，其中矩形腔體的尺寸和外形與Plug-in SIM卡(ID-000卡)的標準一致，一個模具上包含的腔體數目，可依據塑封設備的有效載荷情況而定；將模具把所要塑封的元件2、芯片3以及金絲5完全包封起來，灌入客戶指定顏色的塑封材料4(半導體器件塑封料一般是細微顆粒狀的樹脂粉末)，填充滿芯片、元件和模具之間的空間。加熱使之固化，形成有8個符合ISO/IEC7816標準觸點并且集成了多芯片和表面貼元件的Plug-in SIM卡(ID-000卡)。為了充分利用業界標準的Plug-in SIM卡的尺寸空間，盡量擴展智能卡可利用空間，采用全尺寸塑封的方法，可以獲得最大的封裝空間，以便包封更多的芯片和元件。塑封料中可以加注各種填加劑，以便獲得客戶指定的顏色，形成不同彩色的卡，如圖10所示。
(5)模塊切割塑封后的模塊，可從PCB基板1上沖切下來，則可得到所要的Plug-in SIM卡。
本發明所述的方法并不限于具體實施方式
中所述的實施例，本領域技術人員根據本發明的技術方案得出其他的實施方式，同樣屬于本發明的技術創新范圍。
權利要求
1.采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，包括如下步驟(1)根據芯片和元件組合之間的邏輯連接關系，設計并制作雙面PCB基板或者多層PCB基板；(2)采用表面貼裝工藝將表面貼裝元件逐一貼裝在PCB基板上預先設計的元件位置，過回流焊使之固化；(3)用貼片膠將芯片逐一貼裝在PCB基板上預先設計的芯片位置，并把芯片上的焊盤和PCB基板上的相關信號線焊接在一起；(4)將包含矩形腔體的塑封模具置于PCB基板加工位置上，把所要塑封的元件、芯片以及焊線完全覆蓋起來，將塑封料灌入模具腔體，使之填充滿芯片、元件和模具之間的空隙，并加熱使之固化，形成多芯片和表面貼元件組合的智能卡模塊；(5)將塑封后的模塊用設計好形狀的沖切工具，沖切出所需要的外部形狀；(6)根據模塊形狀和尺寸，在智能卡卡體規定位置上銑出與被貼裝模塊尺寸一致的矩形槽體；(7)采用冷膠或者熱融膠工藝，將塑封封裝的模塊植入到智能卡片的槽體中；(8)在已經封裝好的智能卡片上根據標準尺寸沖切出Plug-in SIM卡形狀。
2.根據權利要求1所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，其特征在于步驟(1)中所述雙面PCB基板包括觸點面銅箔、樹脂層、焊點布線面銅箔、連接各層布線的過孔；所述多層PCB基板包括觸點面、樹脂層、布線層、絕緣層、焊點布線層、連接各層布線的過孔。
3.根據權利要求2所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，其特征在于所述雙面PCB基板或者多層PCB基板的總體厚度均控制在0.16-0.24mm之間。
4.根據權利要求1或2或3所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，其特征在于步驟(4)中模具的矩形腔體為直角矩形或圓角矩形。
5.根據權利要求1或2或3所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，其特征在于步驟(5)中的沖切方式可以用激光切割方式替代。
6.采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，包括如下步驟(1)根據芯片和元件組合之間的邏輯連接關系，設計并制作雙面PCB基板或者多層PCB基板；(2)采用表面貼裝工藝將表面貼裝元件逐一貼裝在PCB基板上預先設計的元件位置，過回流焊使之固化；(3)用貼片膠將芯片逐一貼裝在PCB基板上預先設計的芯片位置，并把芯片上的焊盤和PCB基板上的相關信號線焊接在一起；(4)將包含與Plug-in SIM卡的尺寸和外形標準相一致的矩形腔體的塑封模具至于PCB基板加工位置上，把所要塑封的元件、芯片以及焊線完全包封起來，將塑封料灌入模具腔體，使之填充滿芯片、元件和模具之間的空間，并加熱使之固化，形成多芯片和表面貼元件組合的智能卡模塊；(5)對塑封后的卡體進行加工，沖切出所需要的外部形狀。
7.根據權利要求6所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，其特征在于步驟(1)中所述雙面PCB基板包括觸點面、樹脂層、焊點布線面、連接各層布線的過孔；所述多層PCB基板包括觸點面、樹脂層、布線層、絕緣層、焊點布線層、連接各層布線的過孔。
8.根據權利要求7所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，其特征在于所述雙面PCB基板或者多層PCB基板的總體厚度均控制在0.16-0.24mm之間。
9.根據權利要求6或7或8所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，其特征在于步驟(4)中一個模具上包含有多個矩形腔體。
10.根據權利要求6或7或8所述的采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法，其特征在于步驟(5)中的沖切方式可以用激光切割方式替代。
全文摘要
本發明屬于智能卡及其模塊制造技術領域，具體涉及一種采用塑封工藝將芯片和元件組合封裝成智能卡的方法。該方法設計制作雙面PCB基板或者多層PCB基板，采用新的封裝工藝技術，將多個芯片和元件組合塑封成智能卡模塊并制作成Plug－in SIM卡，或者把多個芯片和元件組合直接塑封成Plug－in尺寸SIM卡。本發明實現了多個芯片復雜系統的智能卡模塊的封裝制作，使得智能卡在外部尺寸不變的情況下，內部功能及性能得以實現重大突破。
文檔編號H01L21/60GK1952958SQ200610114738
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月22日 優先權日2006年11月22日
發明者于賡, 孫軍洲, 支軍, 王鹿童, 蔡衛華 申請人:鳳凰微電子(中國)有限公司