存儲卡的製作方法
2023-05-26 03:15:41
專利名稱：存儲卡的製作方法
技術領域：
本發明涉及裝備有安全控制器和接口控制器以及存儲器的存儲卡。
背景技術：
專利文獻1(國際專利公開號WO01/84490，小冊子(USP6,669,487))描述了一種技術，其中為了在保持與MMC(多媒體卡註冊商標)標準兼容的同時實現多組(multibank)或多種功能，基於MMC標準的存儲卡裝備有SIM(用戶識別模塊)，以由此增強安全性。
專利文獻2(國際專利公開號WO02/099742，小冊子(美國申請10/476223))描述了一種已封裝了快閃記憶體晶片、IC卡晶片和控制器晶片的存儲器件，IC卡晶片執行安全處理，控制器晶片根據外部發出的指令控制它們。
而且，非專利文獻1(多媒體卡系統標準版本3.3)描述了用於多媒體卡的標準。
發明內容
本發明人討論了一種存儲卡，該存儲卡裝備有安全控制器如IC卡微型計算機和接口控制器以及存儲器，以實現多種功能。
首先，揭露了在當接口控制器和安全控制器連接時停止從外部提供用於接口控制器和存儲器的工作電源電壓到接口控制器和存儲器，以及工作電源電壓僅可以提供到安全控制器和工作電源僅施加到安全控制器以允許它專門地執行安全處理的這種操作形式中發生的不利情況。亦即，當沒有工作電源施加到接口控制器時，在接口控制器的接口單元連接到安全控制器時，輸出緩衝器的輸出控制狀態變得不確定，以致發生接口單元變為低阻抗狀態的這種情況。已發現當在這種狀態中從外部提供用於安全控制器的通電復位或啟動的時鐘或信號時，時鐘或信號流入保持低阻抗狀態的接口單元，因此產生不可忽略的噪聲或引起故障發生的擔心。擔心當安全控制器等以非接觸形式與外部連接時特別顯著地降低通信靈敏度。
其次，本發明人發現當安全控制器具有非接觸接口功能時，在卡的布線板提供有用於增加通信靈敏度的外部天線連接端子之處應該考慮到與用於信號或時鐘等的其他連接端子的布局關係的重要性。亦即，當延伸到用於信號和時鐘等的連接端子的布線的路徑以及延伸到外部天線連接端子的布線的路徑被複雜化且由此常常互相鄰接並跨過布線板時，由於串擾和感應等的噪聲被加載或疊加在信號線或布線和時鐘布線上。另外，由於來自信號線和時鐘布線的串擾和感應等產生的噪聲加載在由外部高頻天線接收的高頻信號上，以致在非接觸操作時在輸入/輸出數據中發生誤差。外部天線連接端子需要採用可以切實可行的抑制這種噪聲發生的這種布局。而且，當停止提供用於接口控制器和存儲器的工作電源電壓時，工作電源電壓可以提供到安全控制器，提供高電平工作電源的每個外部連接端子的布局也需要考慮類似於安全控制器的工作電源電壓的電平高於接口控制器的工作電源電壓的電平的上述情況。
本發明的一個目的是抑制存儲卡中的噪聲發生，該存儲卡裝備有安全控制器和接口控制器以及存儲器，以實現多種功能。
本發明的另一目的是在裝備有安全控制器和接口控制器以及存儲器以實現多種功能的存儲卡中，在工作電源單獨施加到安全控制器以執行安全處理的這種工作方式中抑制噪聲的發生。
而且，用於接口控制器和安全控制器的工作電源互相分開，以減小整個存儲卡的功耗。
本發明的再一目的是在用於在裝備有安全控制器和接口控制器以及存儲器以實現多種功能的存儲卡中，防止將外部天線連接到具有非接觸接口功能的安全控制器的連接端子的布侷促進與其他連接端子相關的噪聲發生。
從本說明書和附圖的描述將使本發明的上述及其他目的和新穎性特點變得明顯。
下面簡要地說明本申請中公開的本發明的代表性發明的概要[1]根據本發明的存儲卡包括連接到多個外部連接端子的接口控制器(7)；連接到接口控制器的存儲器(8)；連接到接口控制器的安全控制器(9)，接口控制器、存儲器，安全控制器安裝在形成有多個外部連接端子的布線板上方；將工作電源提供到接口控制器和存儲器的第一外部連接端子(C4)；以及除第一外部連接端子之外提供能提供工作電源到安全控制器的第二外部連接端子(C15)，其中接口控制器的接口單元連接到接收來自第二外部連接端子的工作電源的安全控制器且由此允許停止從第一外部連接端子提供工作電源。
即使當提供到接口控制器的工作電源被切斷時，仍提供供應到安全控制器的工作電源到接口單元(11)。因此，接口單元的輸出不會變為不確定狀態。因此可以抑制由其中流動的不確定電流產生的噪聲。為了完全防止不需要的電流流入接口單元，在其中停止從第一外部連接端子提供工作電源的狀態中接口單元可以被控制為高阻態。
在本發明的特定形式中，具有電平移位功能的接口單元在基於提供到第一外部連接端子的第一電源電壓的信號電平和基於提供到第二外部連接端子的第二電源電壓的信號電平之間執行電平移位。
本發明的另一特定形式中，提供輸入時鐘信號的第三外部連接端子(C11)、用於數據的輸入/輸出的第四外部連接端子(C13)以及用於輸入復位信號的第五外部連接端子(C10)作為安全控制器的接口端子。此時，根據由接口控制器識別的卡模式第三至第五外部連接端子可以用於接口控制器，作為用於輸入/輸出信號的外部連接端子。例如它們可以處理並行數據輸入/輸出位的數目不同的幾種卡模式。當接口控制器利用第三至第五外部連接端子作為用於數據輸入/輸出的外部連接端子時，安全控制器能通過接口控制器與外部接口。此時，當通過分離開關電路(12)從接口控制器斷開第三至第五外部連接端子時，根據安全控制器的接口功能它可以抑制連接到第三至第五外部連接端子的外部電路和接口控制器之間傳送的信號的不希望的輸出到外部。
作為本發明的再一特定的形式，安全控制器可以是能與外部進行非接觸接口的IC卡微型計算機和能與外部進行接觸接口的IC卡微型計算機的兩種或任意一種。安全控制器可以是能與外部進行非接觸接口和接觸接口的IC卡微型計算機。
作為本發明的又一特定形式，當安全控制器是能與外部進行非接觸接口的IC卡微型計算機時，當安全控制器具有天線連接端子(C14，C16)時，天線連接端子(C14，C16)優選可以布置在鄰近第二外部連接端子的第一外部連接端子的附近，天線連接端子(C14，C16)允許用於非接觸接口的高頻率天線被連接作為外部連接端子。這種天線連接端子用來連接外部高頻天線，用於增加非接觸接口的靈敏度。在天線連接端子之間施加的電壓較高且頻率也較高。因此，當延伸到用於信號和時鐘等的連接端子的布線的路徑以及延伸到外部天線連接端子的布線的路徑被複雜化且由此常常互相鄰近和跨過布線板時，由於串擾和感應等噪聲被加載或疊加在信號線或布線以及時鐘布線上。另外，由於來自信號線和時鐘布線的串擾和感應等產生的噪聲被加載在由外部高頻天線接收的高頻信號上，以致在非接觸操作時在輸入/輸出數據中發生誤差。由於天線連接端子布置在鄰近於第二外部連接端子的第一外部連接端子的附近，因此它們的配置產生適合於最大限度地抑制噪聲的發生的布局。
多個外部連接端子具有其中在鄰近插入存儲卡的方向彼此鄰近的列中改變列方向布置的Z字形布局。由於該Z字形布局，其中可拆卸安裝存儲卡的卡槽通過相對簡單的結構能克服多端接的問題，其大量的槽端子被平行交替地布置，同時改變它們的突起數目。例如，在插入存儲卡的方向附近彼此鄰近的後側上的布置中提供第二至第五外部連接端子和天線連接端子。具體地說，第二外部連接端子和天線連接端子可以放置在列方向布置的中心部。第二外部連接端子相對於天線連接端子可以設為Z字形布局。
作為本發明的再一特定形式，當接口控制器、存儲器和安全控制器分別是單個半導體晶片時，在構成存儲器的半導體晶片上方優選層疊構成接口控制器的半導體晶片，以及在沿它們的半導體晶片的同一方向側分別布置電極焊盤上的布線板的布線-鍵合電極。因此，可以縮短鍵合布線以及還可以減小每個布線的幹擾。
根據本發明的存儲卡包括連接到多個外部連接端子的接口控制器；連接到接口控制器的存儲器；安全控制器、接口控制器、存儲器和安全控制器被安裝在形成有多個外部連接端子的布線板上方；提供工作電源到接口控制器和存儲器的第一外部連接端子；以及除第一外部連接端子之外提供能提供工作電源到安全控制器的第二外部連接端子，其中安全控制器是能與外部進行非接觸接口的IC卡微型計算機且包括天線連接端子，天線連接端子允許用於非接觸接口的天線被連接作為外部連接端子，天線連接端子布置在鄰近於第二外部連接端子的第一外部連接端子的附近。
多個外部連接端子具有其中在插入存儲卡的方向附近彼此鄰近的列中改變列方向布置的Z字形布局。由於該Z字形布局，其中卡槽通過相對簡單的結構能克服多端接的問題，其大量的槽端子被平行交替地布置，同時改變它們的突起數目。例如，在插入存儲卡的方向附近彼此鄰近的後側上的布置中提供第二至第五外部連接端子和天線連接端子。具體地說，第二外部連接端子和天線連接端子可以放置在列方向布置的中心部。第二外部連接端子相對於天線連接端子可以設為Z字形布局。
下面簡要地說明由本申請中公開的本發明的代表性發明獲得的有益效果一種裝備有安全控制器和接口控制器以及存儲器以實現多種功能的存儲卡在僅工作電源施加到安全控制器以執行安全處理的這種操作形式中能抑制噪聲發生。
一種裝備有安全控制器和接口控制器以及存儲器以實現多種功能的存儲卡能防止用於將外部天線連接到安全控制器的連接端子的布侷促進與其他連接端子相關的噪聲發生，安全控制器具有非接觸接口功能。
本發明可以抑制在裝備有安全控制器和接口控制器以及存儲器以實現多種功能的存儲卡中產生噪聲。
圖1圖示了根據本發明的存儲卡的一個實例的框圖；圖2示意地描繪了應用根據本發明的存儲卡的通信可攜式終端如蜂窩電話的說明性示圖；圖3圖示了對應於存儲卡的卡模式的外部連接端子的功能分配的說明性示圖；圖4圖示了響應於電源切斷可控制為高輸出阻抗狀態的的輸出緩衝器電路圖；圖5圖示了其中採用總線開關以解決斷電時接口單元的輸出不確定狀態的實例的說明性示圖；圖6描繪了其中差分放大器用於電平移位的電路的電路圖；圖7圖示了根據本發明的存儲卡的第二結構實例的框圖；圖8圖示了根據本發明的存儲卡的第三結構實例的框圖；圖9圖示了根據本發明的存儲卡的第四結構實例的框圖；圖10圖示了根據本發明的存儲卡的第五結構實例的框圖；圖11圖示了接口控制器的細節的框圖；
圖12圖示了雙-方式IC卡微型計算機的具體實例的框圖；圖13圖示了在基於MMC標準的標準尺寸封裝中密封存儲卡時根據本發明的存儲卡的外觀的說明性示圖；圖14圖示了在基於MMC標準的半尺寸封裝中密封存儲卡時根據本發明的存儲卡的外觀的說明性示圖；圖15圖示了其中部分地改變圖13和14所示的外部連接端子的形狀實例的說明性示圖；圖16圖示了其中減小圖13和14所示的外部連接端子數目的實例的說明性示圖；圖17圖示了包括分別製作成單個半導體集成電路晶片的接口控制器、快閃記憶體和IC卡微型計算機的層疊封裝結構的平面圖；圖18是圖17所示的封裝結構的垂直剖面圖；圖19圖示了其中在圖17和18所示的層疊封裝結構中兩晶片層疊IC卡微型計算機的結構的垂直剖面圖；圖20圖示了包括分別製作成單個半導體集成電路晶片的接口控制器、快閃記憶體和IC卡微型計算機的進一步層疊封裝結構的平面圖；圖21是圖20所示的封裝結構的垂直剖面圖；圖22圖示了其中在圖20和21所示的層疊結構中兩晶片層疊IC卡微型計算機的結構的垂直剖面圖；圖23圖示了存儲卡和插入存儲卡的卡槽的說明性示圖；圖24描繪其中圖23所示的存儲卡被插入卡槽中的第一過程的說明性示圖；圖25描繪其中圖23所示的存儲卡被插入卡槽中的第二過程的說明性示圖；圖26描繪其中圖23所示的存儲卡被插入卡槽中的第三過程的說明性示圖。
具體實施例方式
《通信可攜式終端》圖2示意地圖示了應用根據本發明的一個實施例的存儲卡的通信可攜式終端如蜂窩電話。該通信可攜式終端1包括微處理器(MPU)2、基帶處理器(BB)3、高頻單元(RFc1)4以及存儲卡(MRYC)5，微處理器(MPU)2例如控制整個系統，基帶處理器(BB)3執行基帶處理如用於移動通信的調製和解調，高頻單元(RFc1)4通過規定的高頻執行發射/接收。MRYC5可拆卸地安裝在通信可攜式終端1的未圖示的卡槽中。MPU2放置到作為卡主體的MRYC5。
MRYC5提供多種功能如存儲器存儲功能、用於電子商務等的高級安全處理功能、用於在傳輸系統用於計算等的低級安全處理功能、內容數據編碼/解碼處理功能等。
《內置有IC卡微型計算機的MRYC》圖1圖示了MRYC5的結構。MRYC5包括接口控制器7、連接到接口控制器7的快閃記憶體8以及用作連接到接口控制器7的安全控制器的IC(集成電路)卡微型計算機(也稱作「IC卡微機」)9，所有的這些都安裝在形成有多個外部連接端子C1至C16的布線板中。接口控制器7、快閃記憶體8和IC卡微型計算機9分別由單個半導體集成電路晶片構成。
具有外部接口功能的接口控制器7用作存儲卡，存儲接口功能對應於快閃記憶體的規格，IC卡微型計算機接口功能通過存儲卡命令與IC卡微型計算機接口。現在，MRYC5根據多媒體卡標準滿足作為存儲卡的外部接口規格。
快閃記憶體8是電可擦寫和可編程的非易失性存儲器。儘管在附圖中沒有具體圖示，但是快閃記憶體8至少具有一個電可擦寫和可編程非易失性存儲器單元電晶體(也寫為「快閃記憶體單元」)。儘管在附圖中未具體圖示，但是快閃記憶體單元具有所謂的疊柵結構或具有所謂的分裂柵結構，疊柵結構具有浮柵，分裂柵結構包括設有ONO(氧化物-氮化物-氧化物)柵絕緣膜的存儲電晶體部分和選擇電晶體部分。快閃記憶體單元具有當電子注入到浮柵等時上升的閾值電壓以及當電子從浮柵等抽出時下降的閾值電壓。快閃記憶體單元在其中存儲對應於與讀取數據的字線電壓相關的閾值電壓的垂直電平信息。儘管沒有具體限制，但是其中每個存儲單元電晶體的閾值電壓低的狀態和其閾值電壓高的狀態分別稱作「擦除狀態」和「寫入狀態」。
儘管在附圖中沒有具體圖示，但是IC卡微機9包括保持在驗證中使用的操作程序和控制信息等的CPU和非易失性存儲器並根據操作程序執行驗證處理。這裡，IC卡微型計算機9用作能與外部接觸接口和非接觸接口的接觸/非接觸雙-方式IC卡。通過使用1位數據輸入/輸出端子I/O、時鐘端子CLK和復位端子RES的串行通信進行接觸接口。通過使用連接到端子TML1和TML2的天線的高頻通信進行非接觸接口。在附圖中典型地圖示了外部天線10和調諧電容器13。儘管在附圖中沒有具體圖示，但是非接觸接口可以包括一種結構，其中在MRYC5的封裝內或其電路板上提供連接到端子TML1和TML2的內部天線，且當外部天線10連接到端子C14和C16時通過開關可分開地配置內部天線。
外部連接端子C1至C16的外部連接端子C1至C7的功能和布局基於MMC標準，而外部連接端子C8至C13對應於多位數據總線。外部連接端子C14至C16重新提供。
圖3中圖示了對應於MRYC5的卡模式的外部連接端子C1至C16的功能分配。1-位模式、4位模式和8位模式意味著與MRYC5的外部相關的數據輸入/輸出位的數目。術語「僅非接觸卡功能」意味著其中安裝了僅具有作為外部接口功能的非接觸接口功能的IC卡微型計算機。之後詳細說明該實例。在附圖中，RSV(用於MMC)表示MMC模式中的保留(reserve)端子，CS(用於SPI)表示SPI模式中的晶片選擇端子，CMD表示命令端子，Vss1和Vss2表示電路的接地端子，Vdd表示電源端子，CLK表示存儲卡的時鐘端子，DAT表示串行數據輸入/輸出端子，RES-ic表示IC卡微型計算機的復位端子，CLK-ic表示IC卡微型計算機的時鐘端子，Vcc-ic表示IC卡微型計算機的電源端子，LA和LB表示天線連接端子，Vcc-IC表示用於IC卡微型計算機的專用電源端子以及DAT0至DAT7分別表示並行數據輸入/輸出端子。
如圖3可以明顯看出，基本上外部連接端子C1至C9分派存儲卡接口功能，外部連接端子C10至C16分派IC卡接口功能。但是，在1位和4位模式中，外部連接端子C10至C13分派IC卡接口功能，而在8位模式中，它們分派存儲卡接口功能作為DAT4至DAT7的並行數據輸入/輸出端子。在圖1所示的電路中端子C10至C13的功能分配差異表現為用於連接接口控制器7和IC卡微型計算機9的布線L1至L4。簡而言之，分派接口控制器7的接口單元11中的外部連接端子C10至C13的連接部分的布線L1至L4連接到IC卡微型計算機9的相應端子Vcc、I/O-ic、CLK-ic和RES-ic。在8位模式中，當接口控制器7與IC卡微型計算機9通信時受接口控制器7的控制切斷分離開關電路12，以由此分開到外部連接端子C10、C11和C13的連接部分。而且，當接口控制器7與具有外部連接端子C12的外部如DAT6通信時，分離開關電路12將連接部分分為IC卡微型計算機9的相應端子Vcc並根據在8位模式中分派外部連接端子C10至C13的數據端子DAT4至DAT7的每個功能和分別連接到布線L1至L4的端子Vcc、I/O、CLK和RES的每個功能之間的差異在MRYC5側上執行功能選擇。
現在參考圖1描述提供到IC卡微型計算機9的工作電源的供應。除了用於提供工作電源Vdd到接口控制器7和快閃記憶體8的外部連接端子(第一外部連接端子)C4以外具有外部連接端子(第二外部連接端子)C15的存儲卡能提供工作電源Vcc-IC到IC卡微型計算機9。儘管在圖1所示的結構下通過外部連接端子C12和C15執行提供工作電源到IC卡微型計算機9的供應，但是沒有必要通過外部連接端子C12提供工作電源。這些可以用外部連接端子C15代替。順便提及，分離開關電路12的開關SW1是由於增加外部連接端子C15需要的開關。亦即，因為工作電源Vcc-IC總是從布線L4提供到外部連接端子C15，與端子C12的任何使用形式無關，因此做這些操作。
端子C15提供工作電源到接口單元11並解決連接到布線L1至L4的接口單元11的輸入/輸出電路的輸入阻抗減少和在停止從端子C4提供工作電源Vdd的狀態中的輸出不確定狀態。亦即，當接口單元11中的輸出緩衝器的輸出狀態變得不確定時，當停止從端子C4提供電源Vdd以抑制不必要的功耗時，僅僅MRYC5的IC卡微型計算機9工作，通過在該條件使用端子C10至C13的接觸接口IC卡微型計算機9被通電復位，以激活IC卡微型計算機。此時，例如從端子C11發送的時鐘信號流入接口單元11的輸出緩衝器以使得過電流流動。另外，經由端子C13輸入/輸出的信號同樣流入接口單元11的輸出緩衝器，以使過電流流動。這種過電流產生噪聲和增加不必要的功耗。而且，在經由天線10的非接觸接口時，這種噪聲降低靈敏度和通信性能。在停止提供工作電源到接口控制器7時，從端子C15提供用於IC卡微型計算機9的工作電源Vcc-IC到接口單元11，以由此解決連接到布線L1至L4的接口單元11的輸出緩衝器的輸出不確定狀態。
為了解決不確定狀態，響應於停止電源Vdd的提供，將連接到布線L1至L4的輸出緩衝器控制為高阻態。
圖4中圖示了響應於停止電源Vdd的提供可控制為高阻態的輸出緩衝器。輸出緩衝器15具有串聯電路，例如包括用Vdd作為工作電源的CMOS反相器16和用Vcc-CI作為工作電源的CMOS時鐘反相器17。CMOS時鐘反相器17配置有p溝道型MOS電晶體Qp1和Qp2以及n溝道型MOS電晶體Qn3和Qn4作為本基本部分的串聯電路以及包括開關控制MOS電晶體Qp1和Qn4的反相器18和電源電壓探測器19。當電源電壓Vdd導通且超過工作保證電壓時，電源電壓探測器19輸出變為Vcc-IC電平的高電平的探測信號20，以及當電源電壓Vdd的提供被切斷時，電源電壓探測器19輸出變為對應於電路的地電壓Vss的低電平的探測信號20。反相器18使用Vcc-IC作為工作電源。因此，當Vcc-IC處於通電狀態以及提供Vdd時，時鐘反相器17被設置，以便能輸出操作。當Vdd的供應被切斷時，時鐘反相器17被控制為高阻態。順便提及，當Vcc-IC被切斷時電源Vdd通過高電阻器R1連接到時鐘反相器17的電源，以執行工作穩定化。
在圖4中，考慮Vdd和Vcc-IC的電平不同和Vdd≤Vcc-IC的事實。亦即，當反相器16的邏輯閾值(VTL)取為Vdd/2，時鐘反相器17的邏輯閾值也與之相配的變為Vdd/2。簡而言之，輸出緩衝器15具有在基於電源電壓Vdd的信號電平和基於電源電壓Vcc-IC的信號電平之間執行或使電平移位的電平移位功能。
順便提及，在切斷電源Vdd時接口單元的輸出不確定狀態的解決辦法不局限於控制具有電平移位功能的輸出緩衝器15為高阻抗。如圖5所示，採用在切斷電源Vdd時變為關斷狀態的總線開關21，用於從IC卡微型計算機斷開接口單元11。為了電平移位可以在接口單元11中提供使用如圖6所示的這種差分放大器的電路。電源Vdd的連接部分通過高電阻器R1連接到圖6中所示的差分放大器的電源，目的是切斷Vcc-IC時實現工作穩定化。
在圖7中圖示了MRYC5的第二結構實例。與圖1相比較分離開關電路12僅由開關SW1構成。在1位模式或4位模式中，當接口控制器7與IC卡微型計算機9通信時不必提供受接口控制器7的控制切斷的開關，以由此分開到外部連接端子C10，C11和C13的連接部分。可以在MRYC5外部執行基於在8位模式中分派外部連接端子C10至C13的數據端子DAT4至DAT7的每個功能和在1位模式或4位模式中分別連接到布線L1至L4的端子Vcc，I/O，CLK和RES的每個功能的功能選擇。MRYC5的其他結構與圖1相同。
圖8中圖示了MRYC5的第三結構實例。僅通過與圖1所示的結構相關的端子C15提供工作電源到IC卡微型計算機。開關SW1變得沒有必要。儘管在附圖中沒有具體圖示，但是也可以採用組合利用圖7和8的結構，以由此消除或拿走整個分離開關電路12。
在圖9中圖示了MRYC5的第四結構實例。儘管在附圖中沒有圖示分離開關電路12，但是在同一附圖中所示的MRYC5具有IC卡微型計算機9，該IC卡微型計算機9具有與圖7或8相關的連接部分，以及還僅包括接觸接口。MRYC5配置有裝備僅連接到接口控制器7的接口單元11的另一IC卡微型計算機24。MRYC5的其他結構與圖1相似。在本實施例中，IC卡微型計算機24用作接口控制器7的協處理器。因此，MRYC5不由IC卡微型計算機24單獨操作。
在圖10中圖示了MRYC5的第五結構實例。在同一附圖中所示的MRYC5配置有還裝備另一IC卡微型計算機25，該IC卡微型計算機25僅具有與圖7或8所示結構相關的非接觸接口。通過C12(Vcc-ic)提供工作電源到IC卡微型計算機24。通過C15(Vcc-ic)提供工作電源到IC卡微型計算機24。由於具有非接觸接口的IC卡微型計算機25能使用當電磁波遇到天線10時產生的感應電動勢作為它的工作電源，因此不必要從端子C15提供工作電源到IC卡微型計算機25。當通過IC卡微型計算機25的電源穩定化進行操作穩定化嘗試時，從端子C15提供工作電源是重要的。
圖11圖示了接口控制器7的細節。接口控制器7包括主接口電路30、微型計算機31、快閃控制器32、緩衝控制器33、緩衝存儲器34以及接口單元11。緩衝存儲器34包括DRAM(動態隨機存取存儲器)或SRAM(靜態隨機存取存儲器)等。IC卡微型計算機9連接到接口單元11。微型計算機31包括CPU(中央處理單元)37、其中保持CPU37的操作程序的程序存儲器(PGM)38、在CPU37的工作存儲區中使用的工作存儲器(WRAM)39等。在PGM38中保持與MMC規格相應的接口控制形式相關的控制程序。
當主接口電路30發出存儲卡初始化命令時，它通過中斷允許微型計算機31執行MMC接口控制形式的控制程序。微型計算機31通過快閃控制器32和數據管理執行它的控制程序，以由此控制主接口電路30的外部接口操作和控制訪問(寫入、擦除和讀操作)快閃記憶體8，由此通過緩衝控制器33控制存儲卡固有的數據格式和存儲器共有的數據格式之間的格式轉換。
緩衝存儲器34臨時地保持從快閃記憶體8讀取的數據或寫入快閃記憶體8的數據。快閃控制器32操作快閃記憶體8作為扇區單元中的硬磁碟可兼容文件存儲器並管理數據。
順便提及，快閃控制器32設有未圖示的ECC電路。在存儲器中存儲數據時快閃控制器32增加ECC代碼並影響基於讀出數據的ECC代碼誤差檢測/糾正處理。
圖12圖示了IC卡微型計算機9的細節。IC卡控制微型計算機9包括CPU41、用作工作RAM的RAM(隨機存取存儲器)42、計時器43、EEPROM(電可擦寫和可編程只讀存儲器)44、協處理器45、掩模ROM(只讀存儲器)46、系統控制邏輯47、輸入/輸出埠(I/O埠)48、數據總線49、地址總線50以及RF單元51。
掩模ROM46用來在其中存儲操作程序(編碼程序、解碼程序、接口控制程序等)和數據。RAM42用作CPU41的工作存儲區或數據的臨時存儲區且包括例如SRAM(靜態隨機存取存儲器)或DRAM(動態隨機存取存儲器)。當IC卡命令提供到I/O埠48時，系統控制邏輯47解碼它並促使CPU41執行必須執行該命令的處理程序。亦即，CPU41根據由系統控制邏輯47指示的地址獲得訪問掩模ROM46，以取出指令並解碼該取出的指令和根據解碼的結果執行操作碼取出和數據計算。協處理器45在RAS執行剩餘的計算處理等且在CPU41的控制下執行橢圓曲線加密計算。I/O埠48具有1-位輸入/輸出端子I/O並共享數據的輸入/輸出和外部中斷信號的輸入。I/O埠48連接到數據總線49，CPU41、RAM42、計時器43、EEPROM44和協處理器單元45等連接到數據總線49。系統控制邏輯47在IC卡微型計算機9的工作模式執行控制和它的中斷控制以及還具有用來產生密碼索引(cipherkey)等的隨機數字產生邏輯。當IC卡微型計算機9根據復位信號RES指示執行復位操作時，它的內部被初始化以致CPU41從掩模ROM46中的程序的標題地址開始執行指令。IC卡微型計算機9與時鐘信號CLK同步工作。
EEPROM44能執行電可擦寫和可編程處理且用作存儲用於指定每個個人的ID信息和認證(authentic)證書等的數據。至於EEPROM44的另一種替換，可以採用快閃記憶體或鐵電存儲器等。IC卡微型計算機9支持在連接到外部時利用外部連接端子接觸接口和使用天線的非接觸接口的一種或兩種連接。RF單元51用於執行具有晶片的天線端子TML1和TML2的非接觸接口。當通過系統控制邏輯47經由內部總線選擇經由天線或非接觸接口從RF單元51提供的電源時，RF單元51產生由使天線穿過預定的電磁波(例如，可變磁通量的高頻或微波)引起的感應電動勢作為工作電源，基於對應於預定電磁波的頻率引起的感生電流產生內部時鐘信號CLK，分別通過RF單元51和復位信號RES在預定的電磁波上疊加傳送的分離數據獲得內部數據，以及通過天線在非接觸形式中執行信息的輸入/輸出。經由IC卡微型計算機9內的非接觸接口操作的RF單元51優選可以由與通過接觸接口操作的IC卡操作CPU41等無關的小規模電路構成。RF單元51在其內部提供有非接觸卡工作所必需的電路，如非接觸卡片處理器，用於控制處理器的控制程序存儲區和工作存儲區的存儲器和RF發射/接收以及電源電路單元。因此，由於RF單元51與處理器功能和它的控制程序一樣由獨立的小規模電路配置，它通過從外部產生的感應電動勢易於操作電路，甚至在例如通過接觸端子提供電源的這種環境的情況下。RF單元51經由內部數據總線49和地址總線50也能執行非接觸接口部分和接觸接口部分之間的數據的輸入/輸出。
下面說明MRYC5的安全處理操作。例如，在快閃記憶體8的安全存儲區存儲用戶識別信息。當內容數據被下載時，加密有用戶識別信息的許可信息作為密匙被一同下載。在許可信息中包含了用於解碼內容數據的解密密鑰，且通過使用解密密鑰中的用戶識別信息解碼許可信息。因此，進行防止內容數據的版權保護。這種安全處理在微型計算機31的程序控制之下執行。
下面描述通過IC卡微型計算機9進行的安全處理。例如，IC卡微型計算機9根據可用於電子銀行服務等的ISO/IEC15408鑑定/驗證體系實現驗證功能。EEPROM44保持其中預定的驗證證書。當由主機進行驗證請求時，EEPROM44發送它的驗證證書且只要它滿足驗證的安全就能執行後續通信處理。在掩模ROM46中保持用於這種安全處理的操作程序。從安全的觀點在IC卡微型計算機9中的封閉環境之下進行IC卡微型計算機9的驗證程序是合乎需要。依據這點，存在僅IC卡微型計算機9的電源被導通以通過外部連接端子C10至C13或天線執行外部連接。當按照使用或技術沒有安全問題發生時，可以通過接口控制器7進行安全處理。該處理直到MRYC的製造之後的產品裝運，通過外部連接端子C10至C13將各種應用軟體寫入IC卡微型計算機9中且可以容易地執行卡發行處理。
例如，當通過可用於如上所述電子銀行服務等的ISO/IEC15408的鑑定/驗證體系驗證IC卡微型計算機9時，可以插入MRYC5到用於現金卡、信用卡或月票等的卡片夾中並通過非接觸接口實現它們的卡功能。
當考慮到IC卡微型計算機9用於高級安全處理如電子銀行等的事實時，存在與接口控制器7等相比較頻繁的進行相對於IC卡微型計算機9的異常狀態用於初始化所有內部狀態的通電復位的高可能性。考慮此，由於IC卡微型計算機9設有專用的電源端子C12(Vcc-ic)和C15(Vcc-IC)，因此通過IC卡微型計算機9本身自由地允許通電復位而不復位整個MRYC5。因此，可以提高MRYC5的自由度同時確保安全。
《MRYC的外部連接端子的布置》圖13圖示了基於MMC標準在半尺寸封裝中密封MRYC5時MRYC5的外形。圖14圖示了根據MMC標準在標準尺寸封裝中密封MRYC5時MRYC5的外形。在兩個附圖中都清楚地圖示了外部連接端子的布置。它們的布置彼此相同。如圖3所述圖示了端子C1至C16的功能分配。端子C1至C7對應於基本的MMC標準。端子C8和C9是用於4位模式的延伸端子，端子C10至C13是用於IC卡微型計算機接觸接口和8位模式的延伸端子，端子C14和C16是連接延伸端子的外部天線，端子C15是專用於IC卡微型計算機的電源延伸端子。端子C1-C16具有Z字形布局，其中在鄰近的方向(由箭頭X表示的方向)中彼此相鄰的列中改變列方向布置，以插入存儲卡。第一列對應於端子C1至C7。端子C8至C13構成遠離第一列的外部連接端子列布置的第二列。在預定範圍內C10至C13的外部連接端子的尺寸與C1至C7的外部連接端子相同。C8的外部連接端子放置在第一列中且延伸至在列方向觀察在連接端子列的列方向端部完全鄰近端子C7的位置。C9的外部連接端子放置在第一列且延伸至與在列方向觀察與端子列的端子C1部分重疊和鄰近端子C1的位置。在第一列的外部連接端子列和第二列的外部連接端子列，在列方向觀察外部連接端子的列方向布置相互改變並以Z字形布局。
由於Z字形布局，其中安裝MRYC5的未圖示的卡槽通過相對簡單結構能處理多端接(terminating)，其大量槽端子(管腳)並行的交替布置而它們的突起的數目改變。依據這種多端接，在位於後續列的端子C11和C12之間的區域中重新提供的端子C14至C16也以Z字形布局。
當提供可連接到用於非接觸接口的高頻天線10的天線連接端子C14和C16作為外部連接端子時，天線連接端子C14和C16布置在鄰近於外部連接端子C15的電源Vdd外部連接端子C4的附近，外部連接端子C15用作IC卡微型計算機專用電源端子。這種天線連接端子C14和C16用來連接外部高頻天線以便增加IC卡微型計算機的非接觸接口的靈敏度。施加到天線連接端子C14和C16的電壓較高且頻率也較高。因此，當延伸到用於信號和時鐘等的連接端子的布線的路徑以及延伸到外部天線連接端子C14和C16的布線的路徑被複雜化且由此常常互相鄰接和跨過MRYC5的布線板時，通過串擾和感應等的噪聲加載在信號線或布線和時鐘布線上。另外，由於來自信號線和時鐘布線的串擾和感應等產生的噪聲加載在由外部高頻天線接收的高頻信號上，以致在由RF單元51分開的數據中發生誤差。由於天線連接端子C14和C16鄰近用作IC卡微型計算機專用電源端子的外部連接端子C15並布置在電源Vdd外部連接端子C4的附近，因此它們的布局產生適合於最大限度地抑制噪聲發生的布局。
如圖15所示可以部分地改變圖13和14中描繪的外部連接端子的形狀。這裡端子C9和C8的形狀製得短。與卡槽的C8和C9接觸的端子的位置是用於應付位於第一列中的卡槽的位置。例如，如圖16所示，也可以減小外部連接端子的數目。本實例導致在端子陣列中廢除或拿走外部連接端子C8和C9且基於MMC標準的1位模式並考慮了IC卡微型計算機的接觸接口支持。圖15和16也保持外部連接端子的Z字形布局和C14和C16的天線連接端子和IC卡微型計算機專用電源端子C15之間的布局關係。
《插入卡槽和它的電源供應》圖23至26圖示了由考慮它的過程獲得的將存儲卡插入它相應的卡槽中和供應電源到存儲卡的過程。
圖23圖示了存儲卡5和插入存儲卡5的卡槽70。卡槽70設有用於檢測存儲卡5的插入的傳感器71和分別接觸存儲卡5的外部連接端子C1至C16的端子72至87。外部天線88連接到端子85和87。
圖24圖示了其中存儲卡5被插入卡槽70中的第一過程。在第一過程階段，連接到端子C15的端子86與存儲卡5的端子C4接觸。而且，存在卡槽70的端子79至85和87接觸存儲卡5的第一列的端子C1至C9的可能性。存儲卡5的端子C15是用於提供電位Vcc-I的端子以及提供有與提供到接口控制器7和快閃記憶體8的電源Vdd相同或更高的電位。在該條件中，Vcc-IC提供到接口控制器7和快閃記憶體8，以及卡槽70的端子79至85和87與存儲卡5的第一列的端子C1至C9接觸，由此擔心電形成電路。由於根據外部電場在外部天線88中產生電位，端子85和87與除天線連接端子C14和C16之外的它們的相應端子接觸，由此擔心該電位施加到接口控制器7。
圖25圖示了其中存儲卡5被插入卡槽70中的第二過程。儘管在第二過程的階段卡槽70的端子79至85和87不與存儲卡5的第一列的端子C1至C9接觸，但是擔心卡槽70的端子75和86通過存儲卡的外部連接端子C4彼此連接以及Vcc-IC提供到用於提供Vdd到端子75的未圖示電路。還擔心端子75和86與端子C4接觸以提供Vcc-IC到接口控制器7和快閃記憶體8，以及端子72至74和76至80與它們的相應端子C1至C3和C5至C9接觸，以由此電形成電路。
圖26圖示了其中存儲卡5已經被插入卡槽70的第三過程。在第三過程的階段，卡槽70的端子72至87和存儲卡5的端子C1至C16彼此適當地連接。
作為圖24和25所示的過程中出現的問題的解決辦法，提供由存儲卡5影響的解決辦法和由具有卡槽70的主機裝置影響的解決辦法。
作為被存儲卡5影響的解決辦法，在端子C4和接口控制器7以及快閃記憶體8之間提供電源電路。檢測從C4提供的電源Vdd。此後，開始提供工作電源到接口控制器7和快閃記憶體8，以及端子C1至C13可以連接到接口控制器7。
另一方面，作為由主機裝置影響的解決辦法，在第三過程中開始提供Vcc-IC和提供在外部天線88中產生的電位，由此使之可以解決上述問題。亦即，通過傳感器71檢測卡槽70的端子72至87與存儲卡的端子C1至C16的面向處理的非接觸，此後可以開始提供Vcc-IC。卡槽70的端子85和87形成存儲卡5和卡槽70端子以免引起與存儲卡5的端子的基於處理的接觸。另外，在外部天線88和端子85和87之間提供電可連接/可斷開的開關電路，以及通過傳感器71檢測基於處理的非接觸。此後，外部天線88可以電連接到端子85和87。
儘管一直提供Vdd、Vss1和Vss2的各種電位，但是可以在通過傳感器71探測存儲卡5插入卡槽70中之後開始其提供。這些因為卡槽70的端子74和77是用於提供基準電位的端子且在附圖所示的這種結構中沒有發生基於處理的接觸。這些也因為認為由於端子75是用於提供對應於與Vcc-IC相同或更低電位的Vdd的端子，因此即使端子75經由端子C4連接到端子86也不產生特定的問題且Vdd提供到用於提供Vcc-IC的未圖示電路。
《從卡槽取出和供電》儘管在附圖中沒有圖示，但是將考慮其中從卡槽70取出存儲卡5的情況在此情況下，可能是其中在從快閃記憶體8擦除數據或寫入數據到快閃記憶體8的過程中存儲卡5從卡槽70拔出的情況，由於切斷提供到快閃記憶體8的工作電源發生不希望的數據損壞和稱作耗盡的狀態，由此存儲卡5本身不能被識別。為了避免這種事情，主機裝置經由傳感器71檢測存儲卡5已從卡槽70拔出的預定端子可以通知從卡槽70取出存儲卡5到存儲卡5，以及從端子86提供電位Vdd。因此，從圖25所示的第二過程至圖24所示的第一過程電位Vdd可以提供到端子C4。端子74也被設置，以便可以延長要求接觸端子C3的時間，具體地說，端子74設為比端子84的長度更長的長度，使與端子C3接觸的點更長，由此使之可以保持電連接。由於這些，存儲卡5根據由傳感器71的探測通知能完成數據的寫入或確保執行至少避免耗盡狀態的程序要求的時間。
《晶片的層疊結構》圖17中圖示了包括分別製成單個半導體集成電路晶片的接口控制器7、快閃記憶體8和IC卡微型計算機9的層疊封裝結構。圖18示意地圖示了封裝結構的垂直截面。外部連接電極C1至C16形成在布線板60如形成有需要的布線層的玻璃環氧樹脂板的表面上。在其另一表面上形成連接到所需布線的大量鍵合焊盤61。鍵合焊盤61由鋁、銅或鐵等的合金的導電圖形形成。通過例如鋁、銅或鐵等的合金的鍍金、鍍鎳或鍍鈀導電圖形形成外部連接電極C1至C16。通過位於布線板60上的未圖示布線圖形和在其厚度方向貫穿布線板60的通孔等進行外部連接電極C1至C16和鍵合焊盤61之間的連接。兩個單獨成晶片的快閃記憶體8彼此改變的疊加在布線板60上。在快閃記憶體8上疊加單獨成晶片的接口控制器7。布線板60和晶片，以及晶片和晶片通過管芯鍵合材料62彼此鍵合。在重疊狀態中沿同一方向側在三個疊加晶片上布置電極焊盤64。布線板的相應鍵合焊盤61通過鍵合布線65線鍵合到布置的電極焊盤64。由於在重疊狀態中沿同一方向側布置疊加的三個晶片的鍵合電極焊盤64，因此可以減少鍵合布線65以及也減小布線65的幹擾。單個晶片的IC卡微型計算機9被管芯鍵合在作為單個本體的布線板60上，以及晶片的電極焊盤鍵合到電路板的相應鍵合焊盤。用樹脂鑄模密封布線板60上層疊的晶片。參考標記66表示鑄模樹脂區域。
圖19中示出了其中在圖17和18的層疊結構中兩晶片層疊的IC卡微型計算機9的結構。當用於IC卡微型計算機9的兩個晶片直接互相疊加時，隱藏晶片上放置的電極，兩個晶片是同一種類和尺寸相同。在此情況下，其間可以夾入用於隔片的虛擬晶片67。當然，虛擬晶片67小於IC卡微型計算機晶片。
在圖20中示出了進一步層疊的封裝結構，該封裝結構包括接口控制器7、快閃記憶體8和IC卡微型計算機9，分別製成單個半導體集成電路晶片。圖21中示意地示出了封裝結構的垂直截面。圖20和21所示的封裝結構不同於圖17至19，其中兩個單獨成晶片的快閃記憶體8互相層疊且在快閃記憶體8上分開地層疊各個晶片接口控制器7和IC卡微型計算機9。本封裝結構的其他結構與圖17和18中所示的層疊結構相同。通過相同的參考標記分別標識具有相同功能的每個元件且因此省略了它們的詳細描述。
圖22示出了其中在圖20和21所示的層疊結構中兩晶片層疊的IC卡微型計算機的結構；由於用於IC卡微型計算機9的兩個晶片是同一種類和尺寸相同，因此其間插入的用於隔片的虛擬晶片67不直接疊加它們之上。如需要快閃記憶體8可以以相同的方式採取一個晶片或三個或更多晶片的晶片疊層。
儘管根據實施例具體地描述了由本發明人進行的上述本發明，但是本發明不局限於它們。不用說在不脫離其本質的範圍內可以進行另外的各種改變。
例如，本發明不僅可以廣泛地應用於基於MMC標準的存儲卡而且可以廣泛地應用於基於其他標準的多功能形式的存儲卡。因此，可以適當地改變外部連接端子的功能、陣列和數目等。此外，該存儲器不局限於快閃記憶體，而是可以是其他存儲形式的存儲器如鐵磁存儲器。安全控制器不局限於基於ISO/IEC15408的鑑定/驗證體系實現驗證功能的控制器。可以僅由微型計算機執行加密/解密。
權利要求
1.一種存儲卡，包括耦接到多個外部端子的接口控制器；耦接到所述接口控制器的存儲器；以及耦接到所述接口控制器的安全控制器，其中所述接口控制器、所述存儲器和所述安全控制器安裝在形成有所述多個外部端子的布線板上，其中所述多個外部端子包括第一外部端子和第二外部端子，其中所述第一外部端子將第一工作電源提供到所述接口控制器和存儲器，其中所述第二外部端子能提供第二工作電源到所述安全控制器，以及其中耦接到所述安全控制器的所述接口控制器的接口單元接收來自所述第二外部端子的所述第二工作電源，且由此能停止從所述第一外部端子提供所述第一工作電源。
2.根據權利要求1的存儲卡，其中在停止從所述第一外部端子提供所述第一工作電源的狀態中所述接口單元被控制為高阻態。
3.根據權利要求2的存儲卡，其中所述接口單元在基於提供到所述第一外部端子的第一電源電壓的信號電平和基於提供到所述第二外部端子的第二電源電壓的信號電平之間執行電平移位。
4.根據權利要求3的存儲卡，其中作為所述安全控制器的接口端子的所述多個外部端子還包括，輸入時鐘信號的第三外部端子；用於數據的輸入/輸出的第四外部端子；以及用於復位信號的輸入的第五外部端子。
5.根據權利要求4的存儲卡，其中當所述接口控制器識別其中的第一模式時第三至第五外部端子耦接到所述安全控制器，以及其中當所述接口控制器識別其中的第二模式時所述第三至第五外部端子耦接到所述接口控制器作為用於輸入和/或輸出信號的外部端子。
6.根據權利要求5的存儲卡，還包括能選擇性地從所述接口控制器斷開所述第三至第五外部端子的開關電路。
7.根據權利要求1的存儲卡，其中所述安全控制器是具有與外部非接觸接口功能和與外部接觸接口功能的任意一種或兩種的IC卡微型計算機。
8.根據權利要求7的存儲卡，還包括第二安全控制器，所述第二安全控制器是具有與外部接觸接口功能的IC卡微型計算機。
9.根據權利要求1的存儲卡，其中所述安全控制器是能與外部進行非接觸接口的IC卡微型計算機且設有允許用於非接觸接口的天線被耦接作為外部端子的天線端子，並且所述天線端子布置在鄰近於所述第二外部端子的所述第一外部端子的附近。
10.根據權利要求9的存儲卡，其中所述多個外部端子具有其中在插入存儲卡的方向附近彼此鄰近的列中改變列方向布置的Z字形布局。
11.根據權利要求10的存儲卡，其中在後側上的布置中提供第二至第五外部端子和所述天線端子，它們在插入所述存儲卡的方向附近彼此鄰近。
12.根據權利要求11的存儲卡，其中在所述列方向布置的中心部放置所述第二外部端子和所述天線端子。
13.根據權利要求12的存儲卡，其中所述第二外部端子具有與所述天線端子相關的Z字形布局。
14.根據權利要求1的存儲卡，其中所述接口控制器、所述存儲器和所述安全控制器分別包括單個半導體晶片，其中在構成所述存儲器的所述半導體晶片上方層疊構成所述接口控制器的所述半導體晶片，以及在所述布線板的電極上分別引線鍵合沿它們的半導體晶片的相同方向側布置的電極焊盤。
15.一種存儲卡，包括耦接到多個外部端子的接口控制器；耦接到所述接口控制器的存儲器；以及安全控制器，所述接口控制器、所述存儲器和所述安全控制器安裝在形成有所述多個外部端子的布線板上，所述存儲卡還包括將工作電源提供到所述接口控制器和所述存儲器的第一外部端子；以及除了所述第一外部端子以外提供能提供工作電源到所述安全控制器的第二外部端子，其中所述安全控制器是能與外部進行非接觸接口的IC卡微型計算機且設有允許用於非接觸接口的天線被耦接作為外部端子的天線端子，並且所述天線端子布置在鄰近於所述第二外部端子的所述第一外部端子的附近。
16.根據權利要求15的存儲卡，其中所述多個外部端子具有其中在插入存儲卡的方向附近彼此鄰近的列中改變列方向布置的Z字形布局。
17.根據權利要求16的存儲卡，其中在後側上的布置中提供所述第二外部端子和天線端子，它們在插入所述存儲卡的方向附近彼此鄰近。
18.根據權利要求17的存儲卡，其中在所述列方向布置的中心部放置所述第二外部端子和所述天線端子。
19.根據權利要求18的存儲卡，其中所述第二外部端子具有與所述天線端子相關的Z字形布局。
全文摘要
本發明提供一種存儲卡裝備有連接到外部連接端子的接口控制器、連接到接口控制器的存儲器以及連接到接口控制器的安全控制器。除了提供工作電源到接口控制器和存儲器的第一外部連接端子以外提供能提供工作電源到安全控制器的第二外部連接端子。連接到安全控制器的接口控制器的接口單元接收來自第二外部連接端子的工作電源且由此能停止從第一外部連接端子提供工作電源。即使切斷提供到接口控制器的工作電源，接口單元的輸出也不會變為不確定狀態。
文檔編號G06K5/00GK1595442SQ20041005469
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月30日 優先權日2003年9月8日
發明者西澤裕孝, 樋口顯, 大澤賢治, 和田環, 杉山道昭, 大迫潤一郎 申請人:株式會社瑞薩科技