JPH10512380A - チップモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ホットメルト組込み法におけるカバーコンパウンドとチップとの間のデラミネーションを回避するために、チップモジュールに外部から伝達導入される熱流を意図的に制御することが提案される。このことは本発明によれば、チップモジュールのフレキシブルなキャリヤテープ（２）と、このキャリヤテープ（２）に接着されたチップ（３）との間に断熱層（９）を介在させるか、または金属接点（１０）の面もしくは層に切欠き（１１）を設けることによって行われるので、金属接点（１０）の外側範囲に載置される中空ポンチ（１）から、中央に組み付けられたチップ（３）に向かう方向に流れる熱流が遮断される。

Description

【発明の詳細な説明】 チップモジュール 本発明は、チップカード（スマートカード、ＩＣカード等とも呼ばれる）のカ ード本体に組み込むためのチップモジュールに関する。 チップカードは公知先行技術において十分に公知である。チップカードの使用 可能性は極めて広範囲にわたっており、しかもチップカードに内属された利用可 能な集積回路の演算能力や記憶容量が増大するにつれてその使用可能性はなおも ますます増大している。しかしこれに伴い、組み込まれるべき集積回路（電子構 成素子、チップ）の大型化が生じている。 チップカードの構造は多数の特徴によって決定され、これらの特徴は部分的に は相応する規格によって規定されている。このことは、たとえばＵＶ放射線およ びＸ線放射線に関するカードの負荷耐性ならびにカード本体および電気的な接点 の機械的な負荷耐性あるいは耐熱性に関するものである。 チップカードのための製造方法の大多数の方法では、チップがまずフレキシブ ルなシートに組み付けられる。このシートには所要のカード接点が設けられてい る。次いで、組付けの完了したシートから個々のチップモジュールが打抜き加工 される。チップはこの場合 、モジュールのキャリヤを介して間接的にカードに固定されている。これによっ て、曲げ力がチップから離隔されるという利点が得られる。チップはその裏面で 、フレキシブルなシートに組み付けられている。チップの表側に設けられた電気 的な接続面は、ボンディングワイヤを介して接触接続部に接続される。この接触 接続部はフレキシブルなシートを通じてカード接点に接続されている。前記ボン ディングワイヤを含めてチップの表側は一般にカバー、たとえばプラスチックコ ンパウンドによって腐食の影響から保護される。上で述べた手段はチップを標準 パッケージにパッキングするための汎用方法の一部である。 接点付のチップカードのためのチップモジュールは現在の公知技術水準におい ては３つの基本技術により組み付けられる：つまり ａ）シアンアクリレート接着技術 ｂ）ホットメルト接着技術 ｃ）触圧接着技術。 上の３つの接着技術のうちのｃ）に挙げた触圧接着技術は感圧接着法とも呼ば れる。この場合、機械的な押圧によって接着層内に形成された剪断応力が接着剤 の粘度低下をもたらし、この接着剤は結合エレメント、たとえばカード本体に対 する物理的な接触を形成するか、もしくは改善する。単層のホットメルト接着技 術の例は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３６３９ ６３０号明細書に開示されている。多層のシアンアクリレート接着技術の例は欧 州特許出願第０５２７４３８号明細書に開示されている。 チップカードの永久耐久性を得るためには、特にチップモジュールとカード本 体との間の結合の品質が重要となる。たとえばチップモジュールが、カード本体 にフライス加工された切欠き内に挿入されて接着固定される場合に、たとえばホ ットメルト接着剤が使用されると、著しい熱負荷が生ぜしめられる恐れがある。 「チップモジュール」とは、接点側に８つの接点を有するチップキャリヤを意 味する。反対の側には１つの半導体チップが配置されており、この半導体チップ はチップカードのこれらの接点の間に位置している。つまり半導体チップは横方 向で見て直接に接点に向かい合って位置している。シアンアクリレート接着技術 および触圧接着技術がモジュール組付けのために低いプロセス温度で十分となる のに対して、ホットメルト接着技術の大きな特徴は比較的高い組込み温度である 。汎用の温度は２００〜２５０℃の範囲にある。このような方法では、１．５秒 弱のモジュールインプランテーション過程の間に、大きな熱量がチップモジュー ル内に伝達される。これによって、チップモジュールをカード本体と結合させる 接着剤層だけが加熱されるのではなく、チップキャリヤエレメントや半導体チッ プやカバーコンパウンドも一緒に加熱されてしまう。 それと同時にこの場合、チップモジュールの構造が種々異なる材料から成る複数 の構成要素を有していることが考慮されなければならない。すなわち、フレキシ ブルなシート、つまりキャリヤは、たとえばエポキシ樹脂から成っている。この キャリヤに片側で被着された接点は金属から成っており、半導体チップは結晶、 たとえばシリコンから成っており、ボンディングワイヤ金属から成っており、チ ップ表側をカバーするためのカバーコンパウンドはプラスチックから成っている 。このような系が比較的大きな温度変動にさらされると、いわゆる「デラミネー ション」、つまり互いに接触している各層の間の分離を招く恐れがある。この種 のチップモジュールでは、チップとキャリヤとの間の結合自体、つまり一般にチ ップとキャリヤとの間の接着結合自体は、臨界的ではない。しかし系全体が短時 間加熱されると、チップモジュールの比較的長い保管時間および運搬時間の後で はカバーコンパウンド内に局所的な欠陥、つまりデラミネーションが生ぜしめら れる。チップとカバーコンパウンドとの間のデラミネーションはチップモジュー ルの誤機能または故障を招く恐れがある。その理由は、この範囲におけるデラミ ネーションが導電体、つまりチップを外側の接点に結合するボンディングワイヤ の裂断を生ぜしめるからである。カード本体にチップモジュールを接着固定する ための上記ホットメルト法はチップモジュールの、相 応して高い熱負荷を伴う。 紫外線を受けて硬化するカバーコンパウンドは特にデラミネーションを引き起 こし易い。その原因はチップモジュールの系全体に熱により誘発される応力であ る。このような応力は半導体チップとチップキャリヤエレメントとカバーコンパ ウンドとの間での、膨張熱（ｄｉｌａｔｔｈｅｒｍｉｓｃｈ．）に関する誤整合 に基づき生じる。これに関連した各構成要素の熱膨張率の対比は同じ温度領域に おいて２．５：１０：１８である。デラミネーションの発生率は半導体チップが 大型化しかつ運搬時間および保管時間が長くなるにつれて高くなる。このような 運搬時間および保管時間の間にカバーコンパウンドは環境大気から湿分を吸収し 、この湿分が材料の膨張を招く。このような材料膨張は膨潤とも呼ばれる。カバ ーコンパウンドのこのような膨潤と、カード本体への組込み時に行われるチップ モジュールの短時間の強力な加熱が、組込み後の高い不良品発生率を生む原因と なる。このことは特に、大面積のチップを有するチップモジュールの場合に云え る。このようなチップはマイクロコントローラ（Ｍｉｋｒｏｋｏｎｔｒｏｌｌｅ ｒ）および／またはクリプトコントローラ（Ｃｒｙｐｔｏｋｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ）と呼ばれる。 公知先行技術における上記欠点を排除するための従来の手段は、湿分吸収性の 低いカバーコンパウンドの 開発、選択および試験にあった他、カバーコンパウンド粘着特性の向上、たとえ ばチップキャリヤ表面の粗さ増大をもたらす手段にあった。すなわち、たとえば 接着助剤（シラン／シロキサンを主体とした）を施与されたカバーコンパウンド が使用されていた。 本発明の課題は、カバーコンパウンドと電子構成素子との間のデラミネーショ ン、つまり離層が阻止され、ひいてはチップモジュールとカード本体との間の結 合方法におけるチップモジュールの機能損失が阻止されるような、チップカード に組み込むためのチップモジュールを提供することである。 この課題は本発明によれば、請求項１または請求項４の特徴部に記載の構成を 有するチップモジュールにより解決される。 チップカードのカード本体にチップモジュールを組み込むためには、種々の方 法において規定の熱量が外部から導入されなければならない。このことは、外部 熱、たとえばポンチで形成された熱によって行われ、この場合、このポンチがチ ップモジュールに載置されることによりチップモジュールに熱が伝達される。熱 供給は、たとえばチップモジュールのキャリヤとカード本体との間に接着結合を 形成したい場所もしくは面における温度を高める目的で行われる。チップモジュ ールの別の範囲に対する熱伝導は最小限に抑えられることが望ましい。しかし接 着結合の形成時では熱を放 出する中空ポンチが、フレキシブルなシートに配置された接点に載置されて、こ の接点を介して熱量がチップモジュール内に導入されるので、チップの方向にお ける著しい熱伝導を遮断することができない。同じくフレキシブルなキャリヤシ ートと接触しているカバーコンパウンドの熱伝導率は小さいので、導入されたエ ネルギの著量はフレキシブルなキャリヤシートから接着剤層を介してチップに流 入する。このことはチップの加熱を招くだけでなく、チップとカバーコンパウン ドとの間の接触範囲におけるデラミネーションをも招いてしまう。 このことを阻止するために接着剤層とチップとの間に断熱層が導入される。上 記課題の別の解決手段は、中空ポンチが熱導入の目的で載置される金属接点に切 欠きを意図的に配置することである。チップと、このチップをモジュールに結合 させる接着剤層との間に断熱層を使用することにより、チップの方向におけるモ ジュール内部での熱伝導が阻止されるのに対して、金属接点に設けられた切欠き は横方向の熱伝導、つまり金属接点の面に存在する熱伝導を阻止する。中空ポン チがチップモジュールの外側の範囲において金属接点にほぼ環状に載置され、チ ップがチップモジュールのキャリヤの反対の側の面に、金属接点に対してほぼ同 心的に配置されているので、チップは中空ポンチに対して相対的に見て内側の範 囲に位置している。このこ とを前提にして考えると、ホットメルト接着を形成するためには面状に形成され たモジュールを鉛直方向に貫くように案内される熱流が望ましいことが判る。金 属接点の内部に設けられた切欠きは、これらの電気的な接点の内部における、面 状に形成されたチップモジュールに対して平行に内側に向かって案内される熱伝 導が、前記切欠きによって遮断されるように配置されている。これにより、短時 間のホットメルト組込み時間の間にチップモジュールの一貫した加熱が行われる ことが構造的な手段によって阻止される。したがって、最も良好な熱伝導率を有 する金属接点の層は対応する方向において部分的に中断される。チップモジュー ルの内面に設けられたエポキシ・ガラス繊維複合層は、数オーダだけ低い熱伝導 率を有しており、これによりこの複合層は上で述べた目的設定の点では重要にな らない。前記切欠きは一般に長孔として形成されており、これにより中空ポンチ の輪郭内で、対応する幅の熱バリヤ、つまり遮熱体を成している。 本発明のさらに別の有利な構成は、請求項２および請求項３に記載されている 。 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。 第１図は、カード本体にチップモジュールを組み込む際に中空ポンチが相対的 に位置決めされた状態を示す部分断面図であり、 第２図は、フレキシブルなキャリヤシートとチップとの間に付加的な断熱層を 有する実施例を示す、第１図と同様の断面図であり、 第３図は、チップモジュールの断面図であって、この場合、金属接点１０の層 の内部に切欠き１１が設けられており、 第４図は、金属接点の平面図であって、この場合、切欠きとチップの輪郭とが 示されている。 本発明によれば、ゴールドアイランドを備えたチップモジュールをカード本体 に組み込む際にホットメルト組込み法を使用する場合に生じる恐れのある、チッ プ範囲におけるカバーコンパウンドのデラミネーションもしくは離層を回避する ことができる。ホットメルト法によるチップモジュールの組込み時では、第１図 に示したチップモジュールが、中空ポンチ１を用いて、たとえば２００℃の比較 的高い温度で、相応して時間制御された力作用を受けてカード本体に接着される 。第１図には中空ポンチ１が示されており、この中空ポンチ１はチップモジュー ルのフレキシブルなキャリヤテープ２に載置される。この個所には外側に向かっ て露出した複数の金属接点が位置決めされているので、中空ポンチ１はこれらの 金属接点に載置される。チップモジュールは内側に接着剤層８を有しており、チ ップ３はこの接着剤層８によってキャリヤテープ２に位置決めされて固定されて いる。キャリヤテープ２に は補強フレーム４も配置されており、この補強フレーム４はチップ３を取り囲ん でいる。カバーコンパウンド５１はチップ３と、このチップ３に設けられた、接 点にまで案内された電気的な接続部とを腐食および外部からの機械的な影響に対 して保護している。チップモジュールはホットメルト接着剤６によってカード本 体７に接着固定される。 第１図に示した構成では、中空ポンチ１からキャリヤテープ２と接着剤層８と を介して著しい熱量が直接にチップ３に流入する可能性がある。このような危険 を排除するために第１図に対応する第２図に示した実施例では、付加的な断熱層 ９が導入されている。これによって、チップ（たとえばシリコン）とカバーコン パウンドとフレキシブルなキャリヤテープとの互いに異なる熱膨張率の影響に基 づき、高い温度における強力な熱機械的な力による損害が生ぜしめられることは 阻止される。このような熱機械的な力は、たとえばチップモジュールの組込み法 において高い温度が系全体に導入された場合に生じる。このことはデラミネーシ ョンを招く危険がある。その場合、カバーコンパウンドがチップから剥がれて、 たとえばチップと外側接点との間の導電体の損傷によりチップモジュールの機能 故障を招いてしまう。 チップ裏側にポリイミド層を被着させることにより、デラミネーション現象を 回避することができる。ポ リイミドは低い熱伝導値を有しているので、ポリイミドは熱バリヤ、つまり遮熱 体として使用可能となる。これにより、チップ３とカバーコンパウンド５との間 の熱機械的な力は減じられる。それに対して、接着のために必要となる加熱中空 ポンチ１の熱はホットメルト接着剤６に流入して、結合を形成する。ポリイミド はウェーハプロセスにおいてウェーハ裏面に被着される。ポリイミドの熱伝導率 は極めて低いので、単に１０μｍのポリイミドの層厚さでも十分となることが前 実験により判った。 断熱層９は熱伝導率に関する材料特性値に基づきポリイミド層であると有利で ある。しかし、別の断熱材の使用も可能である。ただし、ポリイミドはウェーハ プロセスにおいてウェーハ裏面に容易に被着され得るので、やはりポリイミドを 断熱材として選択することが極めて有利である。 第３図には、チップモジュールと、このチップモジュールに載置された中空ポ ンチ１とが示されている。キャリヤテープ２は一方の側に金属接点１０を有して いて、反対の他方の側には金属接点１０に対してほぼ同心的に配置されたチップ ３を有している。カバーコンパウンド５２はチップ３の活性面と、チップ３と金 属接点１０との接触接続部とを保護している。図面からよく判るように、中空ポ ンチ１からチップ３の方向に向かう横方向の熱流、つまり図面で見て側方に向け られた熱流は切欠き１１によって遮断される。中空ポンチ１から、断面図で見て 上方から下方へ向かって金属接点１０とキャリヤテープ２とを経由して流れる熱 流は妨げられない。 第４図には、チップカードの現在汎用の接点が示されている。金属接点１０は チップ３に対して向かい合って位置する２つの列で配置されている。チップ輪郭 １２はチップ３の中央の位置を表している。中空ポンチ１の内側輪郭１３と、中 空ポンチ１の外側輪郭１４とは、互いに内外に同心的に位置する方形体を形成し ている。長孔として形成された切欠き１１は、金属層に、もともと個々の金属接 点１０を仕切る目的で存在している中断部が設けられていない個所において、内 側に向かう熱流、つまり切欠き１１に対して相対的に向かい合って位置するよう に組み付けられたチップ３の方向に向かう熱流を阻止する。 本発明は、ゴールドアイランドを備えたチップモジュールにおいても、このよ うなゴールドアイランドを有しない別のチップモジュールにおいても使用され得 る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１０月１日 【補正内容】 接点付のチップカードのためのチップモジュールは現在の公知技術水準におい ては３つの基本技術により組み付けられる：つまり ａ）シアンアクリレート接着技術 ｂ）ホットメルト接着技術 ｃ）触圧接着技術。 上の３つの接着技術のうちのｃ）に挙げた触圧接着技術は感圧接着法とも呼ば れる。この場合、機械的な押圧によって接着層内に形成された剪断応力が接着剤 の粘度低下をもたらし、この接着剤は結合エレメント、たとえばカード本体に対 する物理的な接触を形成するか、もしくは改善する。単層のホットメルト接着技 術の例は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３６３９６３０号明細書に開示され ている。多層のシアンアクリレート接着技術の例は欧州特許出願第０５２７４３ ８号明細書に開示されている。 チップカードの永久耐久性を得るためには、特にチップモジュールとカード本 体との間の結合の品質が重要となる。たとえばチップモジュールが、カード本体 にフライス加工された切欠き内に挿入されて接着固定される場合に、たとえばホ ットメルト接着剤が使用されると、著しい熱負荷が生ぜしめられる恐れがある。 「チップモジュール」とは、接点側に８つの接点を有するチップキャリヤを意 味する。反対の側には１つの半導体チップが配置されており、この半導体チップ はチップカードのこれらの接点の間に位置している。つまり半導体チップは横方 向で見て直接に接点に向かい合って位置している。このようなチップモジュール は、米国特許第４６２５１０２号明細書およびフランス国特許出願公開第２６１ ７６６８号明細書に基づき公知である。シアンアクリレート接着技術および触圧 接着技術がモジュール組付けのために低いプロセス温度で十分となるのに対して 、ホットメルト接着技術の大きな特徴は比較的高い組込み温度である。汎用の温 度は２００〜２５０℃の範囲にある。このような方法では、１．５秒弱のモジュ ールインプランテーション過程の間に、大きな熱量がチップモジュール内に伝達 される。これによって、チップモジュールをカード本体と結合させる接着剤層だ けが加熱されるのではなく、チップキャリヤエレメントや半導体チップやカバー コンパウンドも一緒に加熱されてしまう。それと同時にこの場合、チップモジュ ールの構造が種々異なる材料から成る複数の構成要素を有していることが考慮さ れなければならない。すなわち米国特許第４６２５１０２号明細書の記載によれ ば、フレキシブルなシート、つまりキャリヤは、たとえばエポキシ樹脂から成っ ている。このキャリヤに片側で被着された接点は金属から成っており、半導体チ ップは結晶、たとえばシリコンから成っており、ボンディングワイヤ金属から成 っており、チップ表側をカバーするためのカバーコン パウンドはプラスチックから成っている。このような系が比較的大きな温度変動 にさらされると、いわゆる「デラミネーション」、つまり互いに接触している各 層の間の分離を招く恐れがある。この種のチップモジュールでは、チップとキャ リヤとの間の結合自体、つまり一般にチップとキャリヤとの間の接着結合自体は 、臨界的ではない。しかし系全体が短時間加熱されると、チップモジュールの比 較的長い保管時間および運搬時間の後ではカバーコンパウンド内に局所的な欠陥 、つまりデラミネーションが生ぜしめられる。チップとカバーコンパウンドとの 間のデラミネーションはチップモジュールの誤機能または故障を招く恐れがある 。その理由は、この範囲におけるデラミネーションが導電体、つまりチップを外 側の接点に結合するボンディングワイヤの裂断を生ぜしめるからである。カード 本体にチップモジュールを接着固定するための上記ホットメルト法はチップモジ ュールの、相応して高い熱負荷を伴う。 請求の範囲 １．チップカードのカード本体（７）に組み込むためのチップモジュールであ って、 ─良熱伝導性のフレキシブルなキャリヤテープ（２）が設けられており、 ─該キャリヤテープ（２）の片側の面に被着された面状の金属接点（１０）が設 けられており、 ─キャリヤテープ（２）の、前記金属接点（１０）とは反対の側の面に被着され た少なくとも１つの電子構成素子（３）が設けられており、該電子構成素子（３ ）が金属接点（１０）に電気的に接続されており、 ─キャリヤテープ（２）に設けられた所定の面を介してチップモジュールがカー ド本体（７）に結合可能である 形式のものにおいて、 電子構成素子（３）とキャリヤテープ（２）との間に断熱層が設けられている ことを特徴とする、チップカードのカード本体に組み込むためのチップモジュー ル。 ２．前記断熱層（９）がポリイミドから成っている、請求項１記載のチップモ ジュール。 ３．ポリイミド層が１０μｍの厚さを有している、請求項２記載のチップモジ ュール。 ４．チップカードのカード本体（７）に組み込むためのチップモジュールであ って、 ─フレキシブルなキャリヤテープ（２）が設けられており、 ─該キャリヤテープ（２）の片側の面に被着されかつ互いに平行な２つの列で配 置された面状の金属接点（１０）が設けられており、複数の接点面のうちの１つ が、２つの接点列の間に配置された金属面と一体に形成されており、 ─キャリヤテープ（２）の、前記金属接点（１０）とは反対の側の面に被着され た少なくとも１つの電子構成素子（３）が設けられており、該電子構成素子（３ ）が金属接点（１０）に電気的に接続されており、 ─キャリヤテープ（２）に設けられた所定の面を介してチップモジュールがカー ド本体（７）に結合可能である 形式のものにおいて、 前記金属面に、両接点列に対して直角に延びる切欠き（１１）が設けられてお り、該切欠き（１１）が、金属接点（１０）と前記金属面との外側範囲に環状に 載置される中空ポンチ（１）から、中央に組み付けられた電子構成素子（３）に 向かう方向で流れる熱流を遮断するようになっていることを特徴とする、チップ カードのカード本体に組み込むためのチップモジュー ル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス−ゲオルク メンシュ ドイツ連邦共和国 Ｄ−92431 ノインブ ルク ホーフェンシュテッテン １ (72)発明者 ペーター シュタンプカ ドイツ連邦共和国 Ｄ−92421 シュヴァ ンドルフ クラードルファー シュトラー セ 41アー (72)発明者 ハンス−ヒンネルク シュテックハン ドイツ連邦共和国 Ｄ−81827 ミュンヘ ン ベカジネンヴェーク ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．チップカードのカード本体（７）に組み込むためのチップモジュールであ って、 ─フレキシブルなキャリヤテープ（２）が設けられており、 ─該キャリヤテープ（２）の片側の面に被着された面状の金属接点（１０）が設 けられており、 ─キャリヤテープ（２）の、前記金属接点（１０）とは反対の側の面に被着され た少なくとも１つの電子構成素子（３）が設けられており、該電子構成素子（３ ）が金属接点（１０）に電気的に接続されており、 ─キャリヤテープ（２）に設けられた所定の面を介してチップモジュールがカー ド本体（７）に結合可能である 形式のものにおいて、 電子構成素子（３）とキャリヤテープ（２）との間に断熱層が設けられている ことを特徴とする、チップカードのカード本体に組み込むためのチップモジュー ル。 ２．前記断熱層（９）がポリイミドから成っている、請求項１記載のチップモ ジュール。 ３．ポリイミド層が１０μｍの厚さを有している、請求項２記載のチップモジ ュール。 ４．チップカードのカード本体（７）に組み込むためのチップモジュールであ って、 ─フレキシブルなキャリヤテープ（２）が設けられており、 ─該キャリヤテープ（２）の片側の面に被着された面状の金属接点（１０）が設 けられており、 ─キャリヤテープ（２）の、前記金属接点（１０）とは反対の側の面に被着され た少なくとも１つの電子構成素子（３）が設けられており、該電子構成素子（３ ）が金属接点（１０）に電気的に接続されており、 ─キャリヤテープ（２）に設けられた所定の面を介してチップモジュールがカー ド本体（７）に結合可能である 形式のものにおいて、 金属接点（１０）の面に切欠き（１１）が設けられており、該切欠き（１１） が、金属接点（１０）の外側範囲に環状に載置される中空ポンチ（１）から、中 央に組み付けられた電子構成素子（３）に向かう方向で流れる熱流を遮断するよ うになっていることを特徴とする、チップカードのカード本体に組み込むための チップモジュール。