芯片卡模块装置、芯片卡装置和用于制造芯片卡装置的方法

摘要

一种芯片卡模块装置，其包括(a)相互对置的第一表面和第二表面；(b)这些表面上的用于一个或多个半导体芯片的芯片容纳部；(c)所述两个表面之一上的连接材料容纳面，其中，所述连接材料容纳面仅仅占据所述表面的局部。

说明书

技术领域

本发明涉及芯片卡以及其构造和其制造的部分方面。

背景技术

芯片卡(智能卡或也是集成电路卡)应用在很多不同应用领域中。例如在个人识别(证件、门禁卡、授权卡)中，在数据加密(码卡)中，用于个人使用(银行芯片卡、支付卡)和类似领域。芯片卡的设计和其制造的方面除成本以外也可以是耐久性或者稳健性、防伪和防纂改安全性以及所追求的功能性。

芯片卡通常由载体层组成，在所述载体层中设置有一个或多个半导体芯片——芯片卡的电子“心脏”。

芯片卡的一个方面是其在实际使用中在来自环境和通过人——即例如卡持有人的应力方面的耐久性。这例如包括温度波动、化学影响和机械变形，它们在卡的制造中和卡的使用或者存放时产生。热应力也可能导致机械变形，因为温度波动引起材料膨胀或者材料收缩，并且这又可以使芯片卡的一些区域例如弯曲。

芯片卡装置或者芯片卡模块装置的常规构造可能负面地影响机械稳定性并且因此减小芯片卡相对于应力的稳健性。在这里示出的发明应改善构造、制造和稳健性。

发明内容

本发明描述一种芯片卡模块装置、一种芯片卡装置和一种用于制造芯片卡装置的方法。

芯片卡模块装置包括：

·第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面相互对置；

·这些表面上的用于一个或多个半导体芯片的芯片容纳部；

·所述两个表面之一上的连接材料容纳面，其中所述连接材料容纳面仅仅占据所述表面的局部。

芯片卡装置包括:

·至少一个载体层；

·芯片卡模块装置，其包括相互对置的第一表面和第二表面、两个表面之一上的用于一个或多个半导体芯片的芯片容纳部以及所述两个表面之一上的连接材料容纳面，其中所述连接材料容纳面仅仅占据所述表面的局部；

·所述连接材料容纳面上的连接材料。

除芯片卡模块装置以外，本发明也涉及一种用于制造芯片卡装置的方法。

用于连接芯片卡模块装置与第一载体层的方法包括以下步骤，其中所述芯片卡模块装置包括相互对置的第一表面和第二表面和所述两个表面之一上的用于一个或多个半导体芯片的芯片容纳部和所述两个表面之一上的连接材料容纳面，其中所述连接材料容纳面仅仅占据所述表面的局部：

·在至少所述连接材料容纳面上或在第一载体层上施加连接材料；

·借助于所述连接材料将所述芯片卡模块装置固定在所述第一载体层上。

附图说明

图1以示意性分解示图示出具有天线装置的芯片卡模块装置的一个示例。

图2示出传统的芯片卡装置的一个示例，其具有芯片卡的材料层和载体层内的芯片卡模块装置并且具有连接材料。

图3示出根据本发明的芯片卡模块装置在经历芯片卡装置的制造工艺之前(上方的示图3A)和之后(下方的示图3B)的一个示例。

图4示出芯片卡模块装置上的连接材料容纳面的根据本发明的形状和位置的示例。

图5示出用于连接芯片卡装置的芯片卡模块装置与载体层的方法步骤的一个示例。

具体实施方式

详细描述

芯片卡通常包括载体层结合所谓的芯片壳体，所述载体层可以由塑料材料制成，一个或多个半导体芯片位于所述芯片壳体中。载体层通常具有板或箔的形状并且也可以是页张在大多情况下，两个较厚的载体层连接成一个芯片卡并且在此构成上侧和下侧。已经提到的芯片壳体包含一个或多个半导体芯片，也称作集成电路(IC)，芯片卡的电子“心脏”。人们可以将半导体芯片在其功能方面例如与个人计算机的处理器进行比较。芯片卡具有非常不同的规模和尺寸，以便使其匹配相应的应用领域。最经常使用的大小是支票卡(“EC卡”)，其已经标准化为“ID1”格式。

芯片壳体或芯片卡模块具有不同的实施方式并且也称作芯片卡模块装置。其实施根据对稳健性、产品成本、通信形式(例如基于接触的或双接口的芯片卡)或大小的要求而改变，以便在此示例性地列出一些标准。芯片卡模块装置用于容纳和定位芯片并且可以提供用于芯片与周围环境、天线、电源或外部连接端进行接触的连接端和/或接触点。

通常如此制造具有芯片卡模块装置的芯片卡，使得首先将芯片卡模块装置嵌入到至少两个载体层之间。为此，经常首先将芯片卡模块装置固定在两个载体层之一上。随后如此定位第二载体层，使得芯片卡模块装置位于载体层之间。可以将芯片卡模块装置如此嵌入(层压和/或压入)到载体层中，使得载体层形成芯片卡(用于芯片卡模块装置的“芯片卡套”)或至少部分地形成芯片卡、例如芯片卡装置。还可以在载体层上施加其他层，所述其他层例如可以用于印制芯片卡并且用于保护表面。高质量的层压或挤压工艺的目标是，形成具有基本上平整的表面的芯片卡。

一种用于制造芯片卡装置的可能方法包括以下步骤：

a)将连接材料施加在应连接的两个表面中的至少一个上。所述两个表面是芯片卡模块装置的一侧上的连接材料容纳面和表示第一载体层的部分区域的那个表面。可以将连接材料全面积地施加或者涂覆在芯片卡模块装置的所述侧上。根据本发明有利的是，连接材料在芯片卡模块装置的所述侧上仅仅施加或者涂覆在确定的范围或区域中。在此例如重要的是，连接材料在其施加之后覆盖芯片卡模块装置的整个侧还是仅仅部分区域。

b)借助于所述连接材料将芯片卡模块装置固定在第一载体层上，其中所述芯片卡模块装置例如包括以下组件：衬底；衬底上的一个(或多个)芯片；连接材料容纳面。

c)相对于第一载体层如此定位第二载体层，使得芯片卡模块装置位于所述两个载体层之间。

d)层压和/或挤压第一载体层与第二载体层。由此使芯片卡模块装置由载体层包围。也能够与所述载体层共同处理其他层。

在一种替代的实施方式中，待生产的芯片卡的或者芯片卡装置的本体可以由多于两个层或载体层组成。这是这样的情况，即例如应将其他箔固定在芯片卡装置的外侧上，以便例如实现确定的效果。这可以是例如装饰性的任务、安全特征的添加或照片和人员识别特征的固定。对此，存在不同的生产变型方案。一种可能的变型方案是共同定位并且然后也共同挤压或者层压所有待使用的层。在其他变型方案中，以确定的顺序接合箔和载体层并且在多个处理步骤中进行这些层的连接。

在一种可能的实施方式中，待生产的芯片卡的或者芯片卡装置的本体在载体层之间还可以包含其他材料层。所述其他材料层用于在载体层之间形成间距，以便例如在挤压或者层压时使芯片卡模块装置较少地在机械方面受压力负荷。

芯片卡模块装置可以包含一个或多个芯片，也称作集成电路(IC)或半导体。一个芯片或多个芯片被定位在芯片容纳部上并且与芯片卡模块装置电连接。这些芯片可以相互电连接。所述一个芯片或所述多个芯片也可以机械固定在芯片卡模块装置内。这例如可以通过接触部处的导电突起部或者金属突起部(所谓的“凸块”)来保证。如已经提到的那样，多个芯片可以位于一个芯片卡模块装置中。但也可能的是，将多个芯片卡模块装置集成在一个芯片卡内并且因此多个芯片同样位于一个卡中。具有多个芯片卡模块装置的这些卡通常也称作“混合卡”。

如已经所列举的那样，芯片卡模块装置的一个组成部分是衬底。所述衬底可以具有塑料(或聚合物)或由塑料(或聚合物)组成。衬底构成芯片卡模块装置的载体。衬底通常借助一个或多个金属层包封。所述金属层用于构造导电轨或也可以用于构造天线装置，所述导电轨用于连接芯片卡模块装置的电组件(例如集成电路——IC或无源电组件如电阻和电容器)(见下面的描述)。

如在示例性制造工艺中以上描述的那样，芯片卡模块装置在生产步骤之一中借助于连接材料与卡本体的至少一个载体层或者载体材料连接。为此，芯片卡模块装置可以配备有连接材料容纳面。所述连接材料容纳面设置用于，例如粘接剂定位在那里。连接材料通常借助于工具在自动化生产中施加到所述连接材料容纳面上。可以如此控制所述工具，使得连接材料仅仅积聚在确定的预给定的面和面区段上。因此，通常能够实现粘接剂的精确定位，这对于本发明的实施是重要的。所述精确定位允许连接材料容纳面的复杂形状，所述连接材料容纳面例如也可以由多个独立的部分面组成并且可以具有非常不同的几何形状。连接材料容纳面可以位于芯片卡模块装置的与芯片卡的多个芯片或一个芯片相同的一侧上。也可能的是，连接材料容纳面位于与一个芯片或多个芯片所在的一侧相对置的一侧上。

连接材料容纳面可以可见地限界在芯片卡模块装置的所述侧上。但连接材料容纳面不一定是可见的，这仅仅取决于连接材料在其施加之后位于芯片卡模块装置的一侧的表面的哪些部分上。在连接材料的施加的生产步骤中所使用的工具可以如此分配所述连接材料，使得连接材料视芯片卡模块装置的设计而定地或者部分地或者全面积地覆盖芯片卡模块装置的所述侧。

多种材料适合用作连接材料。最经常使用的材料是市场上常见的具有非常不同的质量和特性的粘接剂。连接材料的施加和粘附可能受连接材料容纳面的表面的性质影响。因此可能有利的是，在芯片卡的方案中使连接材料容纳面和其特性匹配于待使用的粘接剂的特性。

芯片卡模块装置的不同实施方式可以包含天线装置。所述天线装置可以实施为芯片卡模块装置的一侧或两侧上的线圈，所述线圈由导电材料组成。天线装置通常在芯片卡模块装置内与一个芯片或多个芯片电连接。天线装置也与芯片卡模块装置机械连接。这例如可以通过以下方式来保证：天线装置由所述衬底的层结构的层之一构造(例如通过蚀刻过程，在所述蚀刻过程中如此改变衬底的金属外层，使得形成天线线圈)。对此替代地，天线装置(在这种情况下构造为箔，可能由多个层组成)也可以借助于连接材料固定在衬底的表面上。

在不同的实施方式中，芯片卡模块装置也可以具有用于根据例如ISO7816的所谓的基于接触运行的接触面。所述接触面在这种情况下如此实施或者芯片卡模块装置如此引入卡本体中，使得接触面置于芯片卡的表面上并且因此可从外部通过例如适合于此的芯片卡读取设备接触。

芯片卡必须相对于来自制造和使用的应力是稳健的。在此，机械负荷起重要作用，所述机械负荷例如由卡通过用户的操作产生。就此，例如以下可以理解为机械负荷：机械压力、机械应力、扭应力、弯曲应力、变形、伸长、弯曲、拉应力、压应力、弹性形变、点状负荷或力，等等。这样的机械负荷不仅可以在芯片卡的使用中出现而且可以在芯片卡自身的制造中出现，即例如将芯片卡模块装置嵌入(集成)到将来的卡的层中时，所述芯片卡模块装置集成到芯片卡中。例如在将芯片卡模块装置层压和/或挤压在卡的载体层之间时可以产生机械负荷。芯片可能由于所述机械负荷损坏。

芯片卡模块装置在一些实施方式中也可以包含用于机械加固的稳定元件。所述稳定元件用于在芯片卡机械变形时增强芯片卡模块装置的元件并且因此减小芯片或衬底例如断裂的可能性。所述稳定元件经常施加在芯片卡模块装置的中央并且可以包括金属层，所述金属层可以与衬底连接。金属层经常平面地实施并且可以在芯片卡的制造工艺中置于一个载体层或多个载体层上。

本发明的一个部分方面是，在芯片卡的实施方式中，将机械稳定元件如此定位在芯片卡及其载体层内，使得实现高的机械稳定性并且例如减少弯曲时的芯片断裂。目标是，将机械稳定元件在生产完成的芯片卡中直接置于载体层上。这可以通过连接材料的定位实现，因为所述连接材料在常规的设计和制造方法中可以至少部分地位于机械稳定元件和载体材料之间。有利的是，连接材料仅仅定位在以下地方：在所述地方其不减小卡的机械稳定性并且相应地确定所属的连接材料容纳面的规模或者在其形状方面设计所属的连接材料容纳面。换言之有利的是，确定的位置无连接材料。所述位置尤其是稳定元件所在的那些面。因此，连接材料容纳面的定位和延展特别重要。

在芯片卡模块装置的传统构造中不考虑是否将连接材料施加到通过一个或多个芯片构成的面、即芯片容纳部上。这适于以下情况：连接材料容纳面位于芯片卡模块装置的与一个芯片或多个芯片相同的一侧上。也就是说，在芯片卡模块装置的常规设计中，连接材料容纳面可以与芯片容纳部重叠。对于本发明的这些实施方式而言有利的是，不将连接材料定位或施加在与芯片容纳部的面重合的那些位置处。这意味着，覆盖连接材料的面与芯片容纳部的面不相交。

等效地适于以下情况：连接材料容纳面位于与所述一个(多个)芯片相对置的一侧上。在所述变型方案中，在芯片卡模块装置的传统构造中不考虑是否将连接材料施加到与多个芯片或一个芯片直接对置的面——即所投影的芯片容纳部上。对于本发明的这些实施方式有利的是，不将连接材料定位或施加在与所投影的芯片容纳部的面重合的那些位置处。

在芯片卡装置的一些可能的实施方式中，也可以将芯片固定在芯片卡模块装置的两侧上。因此，不仅在芯片卡模块装置的一侧上存在一个芯片容纳部，而且在相互对置的侧上存在两个芯片容纳部。在这种情况下，以下适于连接材料的根据本发明的定位：应将所述连接材料仅仅施加在以下那些面上：所述面不具有带有芯片容纳部或者芯片容纳部的投影到连接材料容纳面上的面的部分面。也就是说，芯片容纳部的联合的或者投影地联合的面应与连接材料容纳面不相交。

在芯片卡装置的一些可能的实施方式中，可以存在多个芯片和多个稳定元件。在此以下适于连接材料的根据本发明的定位：将连接材料仅仅施加到以下那些部分面上，所述部分面不具有带有稳定元件和芯片容纳部的部分面。在定位在连接材料容纳面的相对置的一侧上的芯片或稳定元件的情况下，应如此实施根据本发明的连接材料容纳面，使得所述连接材料容纳面与相对置的芯片的或稳定元件的那些面在位于连接材料容纳面一侧上的投影不共同具有任何部分面。

在所描述的所有实施方式中，连接材料容纳面可以比与芯片容纳部或者稳定元件不相交的面更小地实施。

通过连接材料的根据本发明的定位和所属的连接材料容纳面的规模确定得出以下优点：提高芯片卡模块装置的或者芯片卡装置的机械稳定性并且因此减小在制造时或在实际使用领域中的失效可能性。例如避免了在弯曲应力的情况下芯片断裂的频率。

在一种实施方式中可以设置芯片卡模块装置，在所述芯片卡模块装置中芯片容纳部和连接材料容纳面位于两个表面中的同一表面上，并且连接材料容纳面仅仅占据与芯片容纳部的面不相交的区域。

在一种实施方式中可以设置芯片卡模块装置，在所述芯片卡模块装置中芯片容纳部位于第一表面上并且连接材料容纳面位于第二表面上并且连接材料容纳面仅仅占据在第一表面上的投影中与芯片容纳部的面不相交的区域。

在一种实施方式中可以设置芯片卡模块装置，在所述芯片卡模块装置中所述连接材料容纳面位于所述两个表面之一上并且实施为所述表面内的一个连续的区域或多个均匀分布的区域。

在一种实施方式中可以设置芯片卡模块装置，在所述芯片卡模块装置中天线装置位于所述芯片卡模块装置上。

在一种实施方式中可以设置芯片卡模块装置，在所述芯片卡模块装置中所述天线装置的一些部件位于所述连接材料容纳面上。

在一种实施方式中可以设置芯片卡模块装置，在所述芯片卡模块装置中稳定元件位于所述第一表面上并且所述芯片容纳部位于所述第二表面上。

在一种实施方式中可以设置芯片卡模块装置，在所述芯片卡模块装置中所述第一表面上的所述稳定元件的面与所述第一表面上的所述连接材料容纳面的面不相交。

在一种实施方式中可以设置芯片卡模块装置，在所述芯片卡模块装置中所述第一表面上的所述稳定元件的面和所述第二表面上的连接材料容纳面在所述第一表面上的投影中不相交。

在一种实施方式中可以设置芯片卡模块装置，在所述芯片卡模块装置中粘接剂作为连接材料施加到所述连接材料容纳面上。

此外，一种用于连接芯片卡模块装置与第一载体层的方法也可以包括将所述芯片卡模块装置定位在所述第一载体层和第二载体层之间。

此外，一种用于连接芯片卡模块装置与第一载体层的方法也可以包括压合至少所述第一载体层和所述第二载体层。

在一种实施方式中可以设置芯片卡装置，在所述芯片卡装置中除所述第一载体层以外存在第二载体层。

在一种实施方式中可以设置芯片卡装置，在所述芯片卡装置中所述一个载体层或所述多个载体层是芯片卡的一个页张或多个页张。

在一种实施方式中可以设置芯片卡装置，在所述芯片卡装置中所述一个载体层或所述多个载体层包含塑料材料。

在一种实施方式中可以设置芯片卡装置，在所述芯片卡装置中所述连接材料是粘接剂。

在一种实施方式中可以设置芯片卡装置，在所述芯片卡装置中所述芯片卡模块装置的至少一个区域是无连接材料的。

图1以分解示图示出芯片卡模块装置120的一个示例。芯片卡模块装置包括芯片101、稳定元件102和105、天线线圈103和106和衬底104。芯片卡模块装置的更简单的实施方式仅仅包括芯片101、衬底104以及层103和/或106中用于将芯片连接到接触部上的连接结构(在图1中未示出)，所述接触部实现例如与读取设备的电连接。附加地，其他实施方式具有金属接触面(在图1中未示出)，所述金属接触面使得读取设备能够建立与芯片的电连接。其他变型方案又具有多个芯片，所述多个芯片安装在一个芯片卡模块装置中。

与图1的示例不同地，其他实施方式具有两个所示出的天线线圈103和106中的仅仅一个或甚至不具有天线。

可以通过多种方法将芯片101与衬底104电连接并且也机械连接。通常借助于连接材料(例如粘接剂)进行机械固定。电接触借助于所谓的“引线键合”或也借助于借助所谓的“凸块”的“倒装芯片”技术实现。

图2示出具有芯片卡的芯片卡载体层208和209的芯片卡装置230以及芯片卡模块装置220的横截面的一个示例，所述芯片卡模块装置具有以下元件：芯片201、稳定元件202和205、天线线圈203和206、衬底204、连接材料207、连接材料容纳面212和凸块211。如已经描述的那样，在不同的实施方式中并非所有元件必须存在。因此，例如可以省去一个或两个天线线圈203或者206或类似地省去稳定元件202和205。

载体层208和209可以由塑料材料制成或可以包括塑料材料。为此经常使用的塑料材料是PVC和PC——即聚氯乙烯或者聚碳酸酯。

稳定元件202和205用于机械固定芯片卡模块装置并且因此提高其稳健性。稳定元件可以在芯片卡装置中直接支承在载体层上。稳定元件尤其具有以下任务：如果卡机械变形(例如弯曲)，则减小芯片卡模块装置220中的半导体芯片201断裂的可能性。

连接材料207在芯片卡装置的不同实施方式中可以是粘接剂。连接材料容纳面212限定芯片卡模块装置220的以下范围：所述连接材料定位在所述范围处。

凸块211是芯片201可以如何与衬底204电连接和机械连接的一个示例。凸块经常用于所提到的倒装芯片技术。

图3示出在置于芯片卡的芯片卡载体层308和309之间之前(上方的示图3A)和之后(下方的示图3B)具有芯片卡模块装置320的芯片卡装置330的横截面的一个示例。

芯片卡模块装置320在所述实施方式中包括：稳定元件302和305、芯片301、衬底304、天线线圈306、连接材料307、连接材料容纳面312。

根据本发明，连接材料容纳面312不包括芯片卡模块装置320的一侧的整个面。例如在图2中是这种情况，在那里连接材料容纳面212在芯片卡模块装置220的整侧上延伸。在图3中，连接材料容纳面312仅仅覆盖以下面：在那里没有芯片301位于芯片卡模块装置310的另一侧上、即没有芯片容纳部覆盖所述侧。因此，当连接材料容纳面312投影到芯片容纳部的一侧上时，连接材料容纳面312与所述芯片容纳部不相交，即投影的连接材料容纳面312与芯片容纳部不具有共同的面。连接材料容纳面312也不覆盖稳定元件305的区域。

图4示出芯片卡模块装置420的可能的平面图的三个示例。芯片卡模块装置420在这些实施方式中包括：与芯片容纳部401面积相同的芯片401、衬底404和连接材料容纳面412。根据本发明，连接材料容纳面412不包括芯片卡模块装置的整个基面而是仅仅包括以下部分面：所述部分面与所示芯片的或者芯片容纳部401的面不具有共同的面，即与芯片面不相交。可考虑连接材料容纳面的满足所述条件的很多其他形式。

图4中的三种所示形式仅仅是图解示例。连接材料容纳面的有利实施方式是关于芯片卡模块装置基面的主轴线对称的，以便保证在机械力可能出现的所有方向上的连接。如在图4的所示实施方式中那样，连接材料容纳面可以有利地是芯片卡模块装置基面的边缘处的条带。通过没有连接材料——即使仅仅部分地越过到由芯片覆盖的那个面上来提高安全性。

如果稳定元件(在图4中未示出)应安装在芯片卡模块装置中，则对于本发明而言有利的是，连接材料容纳面与这些稳定元件不具有共同的部分面。这也适于以下情况：稳定元件位于连接材料容纳面的相对置的一侧上。然后，连接材料容纳面在芯片卡模块装置的、稳定元件所在的一侧上的投影又应与所述稳定元件所覆盖的面不相交。

图5示出用于制造芯片卡装置的可能的步骤510至540的示例。

在本文件中参考芯片卡模块装置在芯片卡中的布置描述本发明。然而所述布置和所描述的系统和方法可以完全一样地与其他壳体使用。本发明也可以应用在其他应用领域中。在此，例如可以列举芯片卡模块装置在与用于芯片卡的载体材料不同的载体材料上的固定。例如以下载体材料：

-印刷电路板，printedcircuitboard(PCB)

-纺织物，关键词“可穿戴的”

-陶瓷，例如在功率半导体中

-金属，用于快速热传导。