用於製造晶片載體的條帶形襯底、具有該晶片載體的電子模塊、具有該模塊的電子設備和製造襯底的方法與流程

2023-05-11 06:23:02

由條帶形襯底製成的晶片載體被應用於在晶片卡中使用的電子模塊，例如RFID晶片(射頻識別)。RFID晶片卡具有存儲晶片，其可以藉助外部RFID天線利用無線射頻識別和用於能源供應的應答器來進行非接觸式地讀取和寫入。這種RFID晶片的可能的應用領域是具有生物特徵數據的證件(身份證、護照)、醫保卡、銀行卡或公共運輸的票卡。

為了製造這種類型的RFID晶片，為前面提到的條帶形襯底裝備大量各自用灌注料或澆鑄料進行封裝的半導體晶片。為此，前面提到的條帶形的襯底具有用於製造晶片載體的片材，該片材具有多個單元，其中每個單元具有用於緊固半導體晶片的晶片島(Chipinsel)、用於電連接半導體晶片的電極以及用於構造單元的穿孔。如此形成的模塊在功能性檢測完成後從條帶分開並且集成到晶片卡中。

由於晶片卡是平坦的，所以模塊一方面不允許超過最大的總厚度，另一方面模塊必須具有足夠的穩定性，以便阻止對晶片或晶片載體造成損害，由此可以影響晶片卡的功能。

此外，晶片卡的正常運行需要將封裝晶片的灌注料錨固好。對此，設置在襯底中的穿孔形成用於封裝半導體晶片的灌注料的錨固邊。

錨固邊在從DE 20 2012 100 694 U1公知的襯底中由用作底部凹口的(Hinterschneidung)的階梯形成。底部凹口或階梯通過衝壓襯底的底側製成。底部凹口在封裝晶片時用灌注料進行填充，由此實現期望的錨固效果。為了產生足夠的效應需要最小的片材厚度，因此底部凹口具有足夠的深度，該深度構成容納灌注料的相應的自由空間。最小片材厚度限定了電子模塊的最小總厚度，在涉及到已知襯底時實際上不可以低於該最小總厚度，且不影響晶片載體的可靠性能。

本發明基於如下任務，即提供一種用於製造晶片載體的條帶形襯底，該條帶形襯底使由晶片載體製造的電子模塊的總厚度減小成為可能。本發明還基於如下任務，即提供一種具有晶片載體的電子模塊、一種具有這種模塊的電子設備、特別是晶片卡以及一種用於製造襯底的方法。

根據本發明，這些任務針對條帶形襯底通過權利要求1所述的主題、針對電子模塊通過權利要求9所述的主題、針對電子設備通過權利要求10所述的主題並且針對用於製造襯底的方法通過權利要求11所述的主題得以解決。替代地，關於襯底的任務通過並列的權利要求12的主題得以解決。

本發明基於這樣一種想法，即提供一種用於製造晶片載體的由具有多個單元的片材製成的條帶形襯底。每個單元具有用於緊固半導體晶片的晶片島、用於電連接半導體晶片的電極以及用於構造單元的穿孔。至少一個穿孔形成用於封裝半導體晶片的灌注料的錨固邊。將片材的鄰近穿孔的表面部分彎折以形成錨固邊。錨固邊突出到片材的布置晶片島的側面上。

根據本發明，通過彎曲使錨固邊成型，即彎折，來代替通過減小材料厚度產生的已知的底部凹口。這具有的優勢在於，片材厚度不是產生錨固效果的限制性因素。確切地說，通過彎折鄰近穿孔的表面部分產生片材的成形部(Profilierung)，該成形部在封裝半導體晶片時在模具罩(Mold-Kappe)或灌注料和襯底之間提供所期望的可靠的連接，確切地說與襯底厚度或片材厚度無關。

為了錨固，錨固邊突出到在片材的布置晶片島的側面之上。經此，錨固邊在封裝半導體晶片時被埋入灌注料中，從而在襯底和灌注料之間產生可靠的機械連接。經過彎折的表面部分具有另一個優勢，即晶片載體或通常是晶片載體的區域被機械地穩固。

總而言之，相對於現有技術而言，本發明使減小片材厚度成為可能，且在這種情況下不影響灌注料與襯底的可靠的錨固以及由襯底製造的晶片載體的穩定性。

錨固邊可以簡易地進行彎折。然後將彎折的表面部分構造成平的，彎曲邊除外。替代地，可使錨固邊成形。例如，彎折的表面部分可以具有L型輪廓。其它輪廓是可能的。

優選地，片材的厚度為15μm至35μm。在特別優選的實施形式中，片材厚度約為20μm。利用上述值，在使用由襯底製造的晶片載體的情況下電子模塊的總厚度可以減小到約200μm，該電子模塊也可以稱為封裝件。

在特別優選的本發明的實施形式中，片材由鋼構成，特別由奧氏體不鏽鋼構成。不同於現有技術通常使用的銅合金，鋼在極高的強度下仍具有足夠的成型能力。優選地，所使用的鋼涉及冷軋的奧氏體不鏽鋼。術語不鏽鋼被理解成根據EN10020的具有特殊純度的合金鋼或非合金鋼，例如，硫和磷含量各不超過0.025％的鋼。例如根據DIN267第11部分，奧氏體組織形成不鏽耐酸鋼。替代地，片材可以由銅或銅合金製成。但相比之下，鋼在較好的成型能力下具有高強度的優勢。

在另一個優選的實施形式中，片材的彎折的表面部分和另一個表面之間的彎折角度為30°至60°，特別為40°至50°。在特別優選的實施形式中，彎折角度約為45°。在上述範圍的彎折角度能實現將錨固邊充分地埋入灌注料中，其中灌注料可以流動到彎折的表面部分之下並且完全包圍該表面部分。

有利地，彎折的表面部分是平直的。從而實現特別好地將片材穩定或避免了將不期望的機械應力引入片材中。平直的表面部分筆直地且平行於片材的表面延伸。

至少一個彎折的表面部分可以具有用於減小機械應力的梳形輪廓。附加地或替代地，至少一個彎折的表面部分可以具有平滑的外邊緣。

穿孔可以具有用於減小機械應力的無彎折的彎曲部和/或無彎折的凹口。在此，鄰近穿孔的彎曲區域的表面部分被構造成與片材的另一表面齊平，從而產生無彎折的布置。經此簡化了襯底的製造。材料中的機械應力被減小。

為了使晶片島穩固，至少鄰近晶片島的穿孔，特別是其內側具有錨固邊。因此不但機械地穩固了晶片島，而且實現了灌注料在半導體晶片的直接區域中的特別良好的錨固。

此外，本發明還涉及一種具有晶片載體的電子模塊，該晶片載體具有晶片島以及緊固在其上的半導體晶片、用於電連接半導體晶片的，特別是通過壓焊引線電連接半導體晶片的電極以及用於構造晶片載體的穿孔。至少一個穿孔形成用於灌注料的錨固邊，該灌注料封裝半導體晶片。鄰近穿孔的晶片載體的表面部分被彎折以便形成錨固邊。錨固邊突出到晶片載體的布置晶片島的側面之上。錨固邊被埋入灌注料中。

根據本發明形成的模塊或封裝件基於如同根據本發明的襯底一樣的想法，並且具有鄰近穿孔的、彎折的表面部分以形成錨固邊，於是該錨固邊突出到晶片載體的布置有晶片島的側面上。在模塊中，半導體晶片被裝配在晶片島上，並且被埋入灌注料中。為了較好地將灌注料與晶片載體機械連接，錨固邊被埋入灌注料中。為此，根據本發明這樣設置，即將形成錨固邊的表面部分彎折。

半導體晶片的電連接可以不通過壓焊引線而通過其它連接裝置來實現。

此外，本發明還包括電子設備，特別是晶片卡、醫保卡、銀行卡、公共運輸的票卡、酒店房卡、紙片類的卡例如入場券、或具有根據本發明的模塊的身份證或護照。

在用於製造具有多個晶片載體單元的條帶形襯底的方法的範圍中，分別通過形成穿孔來構造單元。構造例如可以通過衝壓或切割來實現。各個單元的鄰近穿孔的表面部分被彎折以便形成錨固邊。

在現有技術中，通常使用銅合金來製造條帶形襯底。本發明令人意外地展示了使用由鋼，特別由具有15μm至35μm厚度的奧氏體不鏽鋼製成的金屬片材會產生足夠的穩定性，特別是在通過彎折片材的鄰近各個穿孔的表面部分產生錨固邊這種情況下。

下面，參考根據實施例的示意性附圖利用其它細節對本發明進行更詳細的闡述。其中

圖1示出了根據現有技術的用於製造晶片載體的具有多個單元的條帶形襯底；

圖2示出了具有根據本發明形成的錨固邊的根據本發明的實施例的條帶形襯底的一部分；

圖3示出了根據圖2沿著線A-A的襯底的截面；

圖4示出了根據圖2沿著線B-B的襯底的截面；

圖5示出了具有平滑的錨固邊、無模具罩的根據本發明的實施例的襯底的俯視圖；

圖6示出了根據圖5的襯底的上側的透視視圖；

圖7示出了根據圖5的具有半導體晶片和模具罩的襯底的透視視圖；

圖8示出了根據圖6的襯底的一部分；並且

圖9示出了錨固邊的一種變型。

在圖1中示出的條帶形襯底的基本結構也可以在本發明範圍中實現。本發明尤其通過構造錨固邊而不同於圖1中示出的襯底，該錨固邊在圖1中未詳細描述。

本發明不限於圖1中示出的基本結構，特別是不限於襯底的結構。本發明還包括利用其它幾何形狀來構造的襯底。例如可以設置用於減小機械應力的其他減壓裂隙，當其他減壓裂隙布置在澆鑄料或灌注料的區域中時，其可以具有根據本發明構造的錨固邊。

根據圖1的條帶形襯底是半成品，其被進一步加工成封裝件或電子模塊。引入襯底的錨固邊也存在於進一步加工的模塊中或在成品中，例如在晶片卡中或一般在電子設備中。

具體而言，根據圖1的條帶形襯底按如下方式構成。下面的描述明確地在本發明或本申請的所有實施例的背景下進行了公開。

條帶形襯底由柔性片材1製成。優選地，該柔性片材是鋼片材，特別是由冷軋的奧氏體不鏽鋼製成的片材。該片材具有多個單元2，這些單元在隨後的方法步驟中被分開以便製造電子模塊。單元2各自被構造為相同的。每個單元2具有晶片島3，在該晶片島上可緊固半導體晶片。

各自的實施形式可考慮作為半導體晶片。這些實施形式可以包括電子存儲器、任何電子電路(集成電路-IC)或者也包括LED。

在本發明中，無半導體晶片的條帶形襯底和具有半導體晶片的條帶形襯底均要求保護。在圖1中，也如同在圖2中一樣，示出了在配備狀態下的，即具有半導體晶片17的襯底。

襯底包括的單元2比圖1中示出的多。通常，襯底在橫向於示出的三個單元2的方向上延伸。襯底可以被塗覆或者已塗覆。

每個單元2包括用於電連接各個半導體晶片17的電極4。電極4分別在兩個面上圍繞晶片島3。晶片島3是電中性的。每個電極4被細分為兩個分區，確切地說是被細分為焊盤5或焊接連接面5，其被用於藉助壓焊引線(未示出)來電接觸半導體晶片。其它電連接是可能的。各個電極4的第二分區是外部接觸面，例如天線板6，在其上可以連接例如天線(未示出)或電源供給(未示出)。

條帶形襯底設有穿孔7、8、9、10，藉助於這些穿孔構造各個單元2且將前面提到的單元2的功能區域彼此隔開。

第一穿孔7被構造在晶片島3的側向。第一穿孔7被構造成大體上為四邊形，特別是正方形。其它幾何形狀是可能的。

單元2包括第二穿孔8，其界定晶片島3且大體確定晶片島的形狀和大小。第二穿孔8鏡像對稱地布置在晶片島3的兩側。第二穿孔8被構造成大體上為U形。每個第二穿孔8具有布置成橫向於單元2的縱向方向的橫向邊，其決定了晶片島3的寬度。布置在單元2的縱向方向上的穿孔8的兩個縱向邊短於晶片島3的縱向側邊，從而使第二穿孔8的縱向邊的端部彼此間隔。

第一穿孔7布置在第二穿孔8之間。

根據圖2的襯底還具有第三穿孔9和第四穿孔10，它們將焊盤5從天線板6分離。在第三穿孔和第四穿孔9、10之間形成連接梁24，其建立焊盤5和天線板6的電連接。

第三穿孔9是部分彎曲的且在第二穿孔8的拐角區域中延伸。

第四穿孔10布置成平行於第二穿孔8的橫向邊。可以在晶片島3的各個邊上各自設置兩個穿孔10來替代圖2示出的唯一的第四穿孔10，如圖1所示。

根據圖2的單元2還具有穿孔23，其布置在灌注料的外部並從而不具有錨固邊。無錨固邊的穿孔23將天線板6與在圖1中示出的片材的剩餘區域19隔開。在穿孔23之間各自構造了梁20，其在功能性檢測之前被去除且在加工時有助於操縱襯底。這同樣適用於第二穿孔和第三穿孔8、9之間的梁20。

每個單元的剩餘區域19包圍電極4以及晶片島3，並且在加工時負責襯底的機械接合。電極4和晶片島3構成由襯底製造的電模塊的一部分。剩餘區域19以及運輸條21在製造中被去除。製造方法在DE 20 2012 100694U1的段落[0078]至[0084]中被詳細描述，這些段落在此處被明確地援引。

為了保護且為了固定半導體晶片17，該半導體晶片被埋入灌注料18中。灌注料18包圍半導體晶片17和壓焊引線，並且至少部分地延伸到電極4上，特別是延伸到焊接連接面或焊盤5上。對於模塊或由其製造的組件的安全運行重要的是，灌注料18或由其構成的模具罩與條帶形襯底或在分開各個單元2之後與晶片載體牢固地連接。

對此，穿孔7、8、9、10具有錨固邊11，該錨固邊在封裝半導體晶片時與灌注料18共同作用。錨固邊11的結構在圖3、圖4和圖8中示出。具有成形的錨固邊的變型在圖9中示出。如在圖3、圖4和圖9中可較好看到的，錨固邊11通過彎折鄰近各個穿孔7、8、9、10的表面部分12形成。

彎折被理解為片材的成型，其中限定各個穿孔7、8、9、10的片材的邊緣區域被彎曲。具體地，鄰近的表面部分12被向上，即以如下方式被彎曲或被彎折，使得錨固邊11突出在片材1的側面之上，在該側面上布置了晶片島3。錨固邊11稍微向外突出於周圍片材1的表面之上。這種布置在圖3、圖4和圖9中是較好識別的。

在片材1的彎折的表面部分12與包圍該彎折的表面部分12的另一表面13之間形成的彎折角度在圖3、圖4中約為45°，條件是錨固邊是非成形的，即平坦的。彎折角度可以在30°至60°，特別是40°至50°的範圍中變動。在圖4中，彎折角度用參考標記a標註。片材1的另一表面13在根據圖3、圖4的附圖中在水平線上延伸。彎折的表面部分12關於片材1的另一表面13向上傾斜或一般地傾斜。

如在圖9中看到的，成形的錨固邊的最大彎折角度可以是約90°。在這裡也可能是角度範圍，其中下限可以是諸如40°或45°或更大。

彎折的表面部分12的寬度被這樣設計，使得在用灌注料18封裝半導體晶片17時實現足夠的錨固效果。如在圖3、圖4中識別的，彎折的表面部分12的寬度可以大致這樣設計，使得彎折的表面部分12的上邊緣大致布置在半導體晶片17的上邊緣的高度上或大致布置在其下面。

如在圖2和圖5中可較好識別的，彎折的表面部分12是平直的，即它們被構造在穿孔的平直邊上。彎折的表面部分12沿著穿孔的平直邊延伸。一般來說，僅穿孔的平直邊被彎折。

鄰近穿孔的彎曲區域的表面部分與片材1的另一表面13齊平。也涉及穿孔無彎折的彎曲部14。換言之，在彎曲區域上，特別是在所有彎曲區域上的表面部分14未被彎折或未被彎曲。此外，如在圖2和圖5中看到的，無彎折的凹口16被構造在第二穿孔8的拐角處，該無彎折的凹口消除在晶片島3的區域中的機械應力。凹口16形成倒圓，該倒圓各自位於第二穿孔8的在單元2的縱向方向上延伸的縱向邊的內側上。在圖2和圖5示出的實施例中，相應的無彎折的凹口16設置在第二穿孔8的四個拐角上。

如在圖2和圖4中較好看到的，錨固邊僅構造在灌注料18的區域中。

為了穩固晶片島3，彎折的表面部分12被構造在第二穿孔8的內側15上。通過片材的這種成形部穩固晶片島3。第二穿孔8的內側15的彎曲區域無彎折。

如在圖2和圖5中較好看見的，彎折的表面部分12或一般的錨固邊11設置在第四穿孔10的內側。錨固邊11被構造在第三穿孔9的內側的平直區域上。第二穿孔8不僅在內側15的平直區域上，而且在外側的平直區域上各自具有錨固邊11或彎折的表面部分12。這同樣適用於第一穿孔7。

與圖2中的半導體晶片17被封裝的視圖不同，在根據圖5的視圖中的半導體晶片17被布置成暴露的。在圖5中較好看到錨固邊的位置。

根據圖2的實施例和根據圖5的實施例的另一個區別在於，在圖2中錨固邊11被成形為梳狀的。根據圖2的梳狀的成形部在錨固邊11的縱向方向上延伸。彎折的表面部分12具有成形的外邊緣。成形的外邊緣由大量沿著外邊緣布置的相同形狀的刻槽或開口形成。由此產生梳狀的輪廓。示出的刻槽大體上為四邊形。其它幾何形狀是可能的。

在根據圖5的實施例中，錨固邊是平滑的。該錨固邊具有連續的、平直的外邊緣。外邊緣是未中斷的，如圖2。根據圖2的實施例與根據圖5的實施例的組合是可能的。

圖6對應於根據圖5的中間狀態。由於根據圖6的透視圖，彎折的表面部分12的布置可以較好地看到。在圖7中，根據圖6的半導體晶片17被澆鑄到形成模具罩的灌注料18中。

圖8示出了根據圖6的細節部分。其中，錨固邊的形狀可較好地識別。如在第一穿孔7中可以看到的那樣，錨固邊可以具有平坦的端面。錨固邊11的其它形狀是可能的，如在第二穿孔8中所示。其中可以看到，錨固邊11具有彎曲的端面，該彎曲的端面連續地併入穿孔8的內側15。

圖9示出了錨固邊11的一種變型。錨固邊11被橫向於錨固邊11的縱向延伸部分成形。彎折的表面部分12具有第一柄部25，其垂直於片材的另一個鄰近的表面13延伸，該表面未彎曲。第一柄部25轉入第二柄部26，該第二柄部26垂直於第一柄部25延伸且形成彎折的表面部分12的外邊緣。由此產生錨固邊11的L形輪廓。如果加上片材的另一表面13，則總體上產生Z形輪廓。該輪廓沿著各個穿孔的一側延伸。該輪廓能牢固地錨固灌注料18。

其它輪廓是可能的。不同的輪廓可以組合。

如在圖9中示出的，使用成型工具27來進行製造。在工序中將材料深衝壓(下凹(downsetten))。材料厚度減小。

在實施例中使用的片材是由冷軋的奧氏體不鏽鋼製成的金屬片材。片材的厚度是15μm至35μm，具體而言為20μm左右。由此可將封裝件或電模塊的總厚度減小到200μm。灌注料18的可靠的固定通過向上彎折的表面部分12來實現。

使用根據圖2至圖8的載體襯底來製造電子模塊按如下方式進行：首先分別將半導體晶片17放置在每個單元2的各自的晶片島3的上側並緊固在那裡。例如，半導體晶片17可以被粘貼上。隨後用壓焊引線(未示出)將半導體晶片17與焊盤5連接。在這之後將半導體晶片17與壓焊引線通過塗覆澆鑄料或灌注料18諸如環氧樹脂的方式固定住。在這一過程中，灌注料流動到彎折的表面部分12之下，由此將彎折的表面部分埋入。在灌注料18硬化之後，灌注料便與襯底牢固地錨固了。

這樣產生的結構在圖2至圖4以及圖7中示出。

隨後將該結構進行電子衝壓。在此將機械且導電連接電極4與剩餘區域19的梁20去除。這涉及在穿孔23之間的梁20以及在第二穿孔和第三穿孔8、9之間的梁20。在第三穿孔和第四穿孔9、10之間的連接梁24保持不變。

第一穿孔和第二穿孔7、8之間的梁20使襯底的結構足夠穩定地相連，從而可對該襯底進行進一步加工。隨後進行功能性檢測，以便可以分揀出有缺陷的模塊。

在這之後，通過將第一穿孔和第二穿孔7、8之間的梁20去除這種方式將模塊從片材1分離出來。隨後，通過例如將作為天線或電導線的引線或導線與外部的連接面或天線板6相連接的方式可以對如此製造的電子模塊進行安裝。

參考標記列表

1 片材(金屬片材)

2 單元

3 晶片島

4 電極

5 焊盤

6 天線板

7 第一穿孔

8 第二穿孔

9 第三穿孔

10 第四穿孔

11 錨固邊

12 彎折的(第一)表面部分

13 片材的另一表面

14 (第二)表面部分

15 穿孔的內側

16 無彎折的凹口

17 半導體晶片

18 灌注料

19 剩餘區域

20 梁

21 運輸帶

22 運輸開口

23 無錨固邊的穿孔

24 連接梁

25 25第一柄部

26 第二柄部

27 成型工具