(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体帯（３）及び複数の接触端子（４）を有する結合要素（２）と、この結合要素に接続された電子回路を有する半導体チップ（５）とが集積化されて形成されているカード基体を備え、半導体チップ（５）の表面には前記電子回路と結合要素（２）の複数の接触端子（４）との電気的接続のための接触部（６）が形成されており、結合要素（２）の導体帯（３）の少なくとも一部と複数の接触端子（４）とを支持する電気絶縁材料からなる支持体（７）が設置され、この支持体（７）が結合要素（２）の複数の接触端子（４）の間に半導体チップ（５）を収納するために半導体チップ（５）の寸法にほぼ一致して成形された開口部（８）を有し、この開口部（８）上に結合要素（２）の導体帯（３）が配置されていることを特徴とする無接触で端末に電気信号を伝送するチップカード。
【請求項２】
半導体チップ（５）の結合要素（２）側の表面の、半導体チップ（５）の接触部の間の範囲に電気絶縁材料からなる絶縁層（10）が設けられ、結合要素（２）の導体帯（３）の少なくとも一部が半導体チップ（５）のこの絶縁層（10）の上に支持されているか、もしくは自由に案内されていることを特徴とする請求項１に記載のチップカード。
【請求項３】
半導体チップ（５）の結合要素（２）側の表面と、支持体（７）の結合要素（２）側の表面とが少なくともほぼ互いに同一面に配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のチップカード。
【請求項４】
支持体（７）の厚さ（ｄ）及び／又は半導体チップ（５）を収納する開口部（８）の深さが半導体チップ（５）の全体の厚さに一致することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のチップカード。
【請求項５】
半導体チップ（５）の電子回路に対応する結合要素（２）がこの半導体チップ（５）の外形寸法に比べてずっと大きいコイル周囲を持つ少なくとも１つの誘導コイル（２）を備え、支持体（７）の外側周囲がコイルの周囲にほぼ一致して形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のチップカード。
【請求項６】
結合要素（２）の導体帯（３）がエッチングによって作られた誘導コイル（２）の巻線であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のチップカード。
【請求項７】
結合要素（２）を支持する電気絶縁材料からなる支持体（７）が平面状の表面を備えた箔であることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載のチップカード。
【請求項８】
支持体（７）の材料が熱的に安定な可撓性の合成樹脂材を備えることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載のチップカード。
【請求項９】
結合要素（２）の電気的に有効な面積がチップカード（１）の少なくともほぼ全体の面積に一致することを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載のチップカード
【請求項１０】
半導体チップ（５）を収納するための開口部（８）がチップカード（１）の縁部領域に配置されていることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載のチップカード。
【請求項１１】
ストリップ状に形成された誘導コイル（２）の導体帯（３）の巻線が並列してかつ交叉することなく支持体（７）に配置され、接触端子（４）がこの誘導コイル（２）の巻線端に形成されていることを特徴とする請求項５乃至10の１つに記載のチップカード。
【請求項１２】
導体帯（３）及び複数の接触端子（４）を有する結合要素（２）と、この結合要素（２）に接続された電子回路を有する半導体チップ（５）とが集積化されて形成されたチップ基体を備え、この半導体チップ（５）の表面には前記電子回路と結合要素（２）の複数の接触端子（４）との電気的接続のための接触部（６）が形成されており、結合要素（２）の導体帯（３）の少なくとも一部と複数の接触端子（４）とを支持する電気絶縁材料からなる支持体（７）が設けられ、この支持体（７）の開口部（８）上に結合要素（２）の導体帯（３）が配置されている無接触で端末に電気信号を伝送するチップカード（１）の製造方法において、
・結合要素（２）の導体帯（３）の少なくとも一部と複数の接触端子（４）とを電気絶縁材料からなる支持体（７）上に形成もしくは配置する工程と、
・結合要素（２）の複数の接触端子（４）の間に支持体（７）の開口部（８）を形成する工程と、
・この支持体（７）の開口部（８）に、半導体チップ（５）の複数の接触部（６）が複数の接触端子（４）に対向するように、半導体チップ（５）を挿入する工程と、
・半導体チップ（５）の複数の接触部（６）を結合要素（２）の複数の接触端子（４）に接続する工程と、
を備えたことを特徴とするチップカードの製造方法。
【請求項１３】
半導体チップ（５）を収納する支持体（７）の開口部（８）が化学的エッチング工程により作られることを特徴とする請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
半導体チップ（５）を収納する支持体（７）の開口部（８）が支持体（７）と結合要素（２）との組立が完了した後に作られることを特徴とする請求項12又は13に記載の方法。
【請求項１５】
半導体チップ（５）を収納する支持体（７）の開口部（８）が支持体（７）と結合要素（２）との組立前に作られ、機械的、化学的或いは熱的に除去可能な閉塞材料で一時的に閉塞されることを特徴とする請求項12又は13に記載の方法。
【請求項１６】
結合要素（２）の複数の接触端子（４）が直接的な接続技術により半導体チップ（５）の複数の接触部（６）に接続され、固定されることを特徴とする請求項12乃至15の１つに記載の方法。
【請求項１７】
半導体チップ（５）の結合要素（２）側の表面の、半導体チップ（５）の接触部の間の範囲に電気絶縁材料からなる絶縁層（10）が設けられ、結合要素（２）の導体帯（３）の少なくとも一部が半導体チップ（５）のこの絶縁層（10）の上に支持されるか、もしくは自由に案内されることを特徴とする請求項12乃至16の１つに記載の方法。
【請求項１８】
半導体チップ（５）の結合要素（２）側の表面と、支持体（７）の結合要素（２）側の表面とが少なくともほぼ互いに同一面に配列されることを特徴とする請求項12乃至17の１つに記載の方法。
【請求項１９】
半導体チップ（５）を収納するための開口部（８）がチップカード（１）の縁部領域に配置されることを特徴とする請求項12乃至18の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体帯及び接触端子を有する結合要素と、この結合要素に接続された電子回路を有する半導体チップとが集積化されて形成されているカード基体を備え、半導体チップの表面には前記電子回路と結合要素の接触端子との電気的接続のための接触部が形成されており、導体帯の少なくとも一部と結合要素の接触端子とを支持する電気絶縁材料からなる支持体が設けられている無接触で端末に電気信号を伝送するチップカードに関する。さらに、本発明はこのようなチップカードの製造方法に関する。
【０００２】
通常、キャッシュカードのフォーマットに形成されたチップカードの適用可能性は、その機能が非常にフレキシビリティがあることにより極めて多様化しており、入手可能な集積回路の計算能力及び記憶容量の向上に連れさらに増大している。健康保険の被保険者カード、フレックスタイムカード、テレホンカードの形態のこのようなチップカードの現在の代表的な適用分野の他に、今後、特に電子精算手段、コンピュータのアクセス制御、データメモリの保全等における適用性が生じている。端末もしくは読み取り器への結合方式に関連して、接触式チップカードといわゆる無接触式チップカードとに分類することができる。接触式チップカードにおいては、通常ISO標準規格にて規格化された接触要素を備えた金属性接触域を通して接触が行われる。接触部を備えたチップカードの信頼性は、確かに、ここ数年来、メーカーの生産経験が増えたことにより益々改善され、その結果例えば１年の寿命にわたるテレホンカードの故障率は今日明らかに1000分の１以下である。にも係わらず、しかしながら、接触部はなお依然として電子機械的システムにおいて最も大きな故障源の１つである。障害は例えば接触部の汚損或いは消耗により生ずるものである。可動式の機器に使用する場合、震動により短時間の接触部中断を生ずることがある。接触部はチップカードの表面で直接集積回路の入力部に接続されているので、さらに、静電放電がカード内部の集積回路を弱めたり、また破壊さえ招く危険がある。これらの技術的問題は無接触式チップカードによって避けられる。無接触式チップカードは、これらの技術的利点の他に、さらにカードの発行者やカードの利用者にとって幾つもの興味ある新しい適用可能性を提供している。例えば無接触式チップカードは必ずしも絶対にカード読取り器に投入される必要はなく、１メートルまでの距離にわたって機能するシステムも存在する。この広い適用範囲は例えば、できるだけ短い時間でできるだけ多くの旅客を把握せねばならない公共近距離旅客輸送である。さらにその他の利点の他に、無接触式チップカードはカードの表面に技術的な要素が何も見えないので、カード表面の光学的構成が磁気ストライプや接触面によって制限されないという長所も持っている。現在提供可能な無接触式チップカードの欠点は、特に、カード内に集積化される伝送コイルやコンデンサ板のような付加的な構成部品にある。これにより、今日まで、無接触式チップカードの製造は接触部を備えた比較し得るカードより明らかに高価となっていた。さらに、無接触式チップカードにおいて電気信号を端末に無接触に伝送するために必要な電子回路にかなり費用がかかる。原理的には、このために、信号伝送をマイクロ波光信号、容量性或いは誘導性結合により可能とする回路が適している。この場合チップカードの構造がフラットであることにより容量性及び誘導性結合が最も適している。現在、大多数の無接触式チップカードにおいて、伝送はデータ並びにエネルギー伝送が実現される誘導結合により行われている。例えば、カード基体には結合要素として１つ或いは複数の誘導コイルが集積化されて形成されている。電気信号の伝送は疎結合の変圧器の原理に従って行われ、その搬送周波数は例えば100〜300kHzの範囲或いは数MHz、特に13.56MHzの工業用周波数である。このためには、約10mm2の大きさの半導体チップのベース面に較べて著しく大きい、代表的には約30乃至40cm2のコイル面積を持った誘導コイルが必要とされ、しかもこの誘導コイルは適当な方法で半導体チップに存在する回路と接触されねばならない。この場合、半導体デバイスは予め作られたモジュールの形で或いは直接チップとしてエッチングで作られたコイルに取付けられる。次いで別部品であるチップモジュールが、通常数ターンしか持たず、フラットに形成された誘導コイルと共にチップカードの作成のためにカード基体にラミネートされ、ラミネート時の体積平衡のために場合によっては打ち抜き部を備えた中間箔がインレットとして挿入される。
【０００３】
本発明の課題は、結合要素と半導体チップとの取付けがより簡単で、そして無接触式チップカードの高い信頼性と寿命を保証するような無接触式チップカード及び無接触式チップカードの製造方法を提供することにある。
【０００４】
この課題は、請求項１によるチップカード並びに請求項12によるチップカードの製造方法により解決される。
【０００５】
本発明によれば、支持体が結合要素の複数の接触端子の間に半導体チップを収納するために半導体チップの寸法にほぼ一致して成形された開口部を有し、この開口部上に結合要素の導体帯が配置されている。
【０００６】
本発明による無接触式チップカードの製造方法は、次の工程を備える。
・結合要素の導体帯の少なくとも一部と複数の接触端子とを電気絶縁材料からなる支持体上に形成もしくは配置する工程。
・結合要素の複数の接触端子の間に支持体の開口部を形成する工程。
・この支持体の開口部に、半導体チップの複数の接触部が複数の接触端子に対向するように、半導体チップを挿入する工程。
・半導体チップの複数の接触部を結合要素の複数の接続端子に接続する工程。
【０００７】
本発明は、公知の無接触式チップカードに較べて幾つもの利点を可能とするその一つとして、結合要素の導体帯及び接触端子が支持体に支持されるから、僅かな調整の手間にも係わらず結合要素はより簡単に半導体チップに取付けられるその他に、半導体チップを支持体の開口部に収納することにより半導体チップと結合要素とからなるチップカードモジュールが最小の全体構造高さで提供される半導体部品をモジュールの形で或いは直接チップとして結合要素に取付けた後に隆起が残っている公知の構成においては、この隆起が機械的に損傷を受けたりまたその後のチップカードの構成の際に邪魔になったりするので、この理由からチップカードの後で行われるラミネート工程の際の体積の平衡のため打ち抜き部を備えた中間箔を使用することが必要であるのに対して、本発明による構成においては、支持された支持体の上の非常に薄い導体帯により、せいぜいあっても無視できる程度の隆起しかないので、チップカードのカード基体のその後の製造が体積を平衡させる中間箔や中間ラミネートを使用することなく行われる。
【０００８】
本発明の特に好ましい実施態様においては、半導体チップの結合要素側の表面の、半導体チップの接続部の間の範囲に電気絶縁材料からなる絶縁層を設け、結合要素の導体帯の少なくとも一部がこの半導体チップの絶縁層に支持されるもしくは自由に配置されるようにするのが有利である。これにより、通常、もともと存在している例えばポリイミドから作られる半導体チップ絶縁層を、同時に結合要素の導体帯の電気絶縁に使用し、その際通常、ストリップ状に形成された機械的荷重に対して非常に鋭敏な導体帯が少なくとも部分的に半導体チップの絶縁層に支持される。この場合、半導体チップの結合要素側の表面と、支持体の結合要素側の表面とが互いに少なくともほぼ同一面に配列されると有利である。さらに、支持体の厚さ及び／又は半導体チップを収納する開口部の深さが半導体チップの全体の厚さに一致している。機械的安定性を向上させ、加工安全性を増大させるために支持体材料としては半導体チップの厚さに一致する例えば約500μｍの厚さを持つ比較的厚い材料が使用され、その結果半導体チップ自体は薄くされる必要はなく、カードにおけるチップの破壊の伝染が減少する。半導体チップを収納する開口部は支持体の全体の厚さにわたって延びて開口しているのがよく、この開口は化学的エッチングによって或いは熱分解によって作られる。
【０００９】
本発明の特に好ましい実施態様においては、半導体チップの電子回路に対応する結合要素は、半導体チップの外形寸法に較べて著しく大きいコイル周縁もしくはコイル直径を持ち、特に螺旋状にかつフラットにたったの数ターンで構成された１つ或いは複数の誘導コイルを備えるのがよい。凡そ10mm2の半導体チップの代表的ベース面積において使用される誘導コイルのベース面積は約30乃至40cm2の範囲にある。誘導コイルは、この場合、高周波範囲において高いＱ値、典型的にはＣ＝8pF及びＬ＝4.2μＨの場合Ｑ＞25を持っている。結合要素の電気的に有効な面積はこの場合好ましいことにチップカードの全体面積にほぼ等しく、従って誘導コイルの大きさに関しては最大のカード面積が利用される。誘導コイルの巻線を完全に機械的に支持するために支持体はこの誘導コイルに相当する外周範囲を持ち、即ち最大可能なカード面積に相当する。
【００１０】
結合要素を支持する支持体は可撓材料、例えばポリイミドのような高温安定性の合成樹脂材からなるのがよい。さらに、支持体の材料としてポリエチレン或いはポリ塩化ビニール（PVC）も使用できる。さらに、半導体チップと結合要素の調整を容易にするために支持体は、特にまた透明な或いは少なくとも透光性の合成樹脂材、例えばABS或いはPC/PBTから作り、例えば二重像カメラに対する光学的アクセスを可能とすることができる。
【００１１】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、結合要素の導体帯はエッチングによって作られた誘導コイル巻線である。それ自体公知の光露光法を使用して結合要素の導体帯及び接触端子は化学的エッチング法により銅からなるコイル箔の上にプリントされている。ストリップ状に形成された誘導コイル導体帯の巻線はこの場合互いに並列配置され、交叉することなく銅製のコイル箔の上に配置され、その際誘導コイルの接触端子は巻線端に形成される。
【００１２】
半導体チップを収納する開口部はチップカードの縁部、即ち曲げ荷重が最も少なく、最大に加工されるカード内面が提供される部分に配置されるのがよい。
【００１３】
半導体チップの機械的保護を向上させるために、支持体には保護リング或いは適当なコンシステンシーを持ち、形状が安定して硬化する物質を取付けることができる。
【００１４】
チップカードの製造の際本発明の有利な実施態様においては半導体チップを収納する支持体の開口部もしくは貫通開口は支持体と結合要素との組立が完了した後に作ることができる。この場合、銅被覆された誘導コイルを支持体に被着した後支持体の反結合要素側の表面に全面にわたって、開口部を設ける位置にエッチングマスクを形成するために構成したフォトレジスト膜が形成される。開口部もしくは貫通開口を作るために支持体を化学的にエッチングした後半導体チップはこの開口部に挿入され、半導体チップの接触部と結合要素の接触端子との電気的接続が取られる。この場合、支持体の開口部を形成するためのエッチング剤から保護するために結合要素は予めその下面に、即ち支持体側の面に耐エッチング剤性の塗料が備えられる。或いはまた、開口部は結合要素を支持体に取付けた後支持体材を化学的に溶融することにより或いは支持体材を熱的に分解することにより形成される。
【００１５】
本発明による方法のさらに好ましい実施態様においては、さらに、半導体チップを収納するための支持体の開口部は支持体と結合要素との組立前に作られ、一時的に機械的、化学的或いは熱的に除去可能な閉塞材料で閉塞される。支持体の開口部はこの場合予め打ち抜きにより或いは化学的又は熱的手段により製造されている。これに続いて、そしてなお結合コイルを取付ける前に開口部はその後の工程で、機械的に安定だが容易に除去される材料、特に高分子材料のような合成樹脂材で閉塞される。結合要素を取付け、結合要素の導体帯及び接触端子を特に銅被覆されたコイル箔のエッチングにより完成した後この閉塞部材が例えば機械的、化学的或いは熱的な方法で除去され、半導体チップが取付けられる。閉塞材料は、誘導コイルの銅被覆及びエッチングの後熱溶融により容易に除去される適当な蝋材とすることができ、次いで半導体チップは支持体の開口部に挿入され、結合要素と共に組立られる。
【００１６】
本発明のその他の特徴、利点及び有効性を図面を参照した実施例の以下の説明により明らかにする。
【００１７】
図１は本発明の実施例により、チップカードに装着され半導体チップ、結合要素及び支持体からなるチップモジュールの概略断面図、
図２は図１によるコンポーネントの概略部分平面図である。
【００１８】
図１及び２に図示された本発明の実施例は、電気信号を（図示されていない）固定端末に無接触で伝送するためのチップカード１を、即ちいわゆる無接触式チップカードを有し、このチップカードは結合要素として、ストリップ状に並列して螺旋状に配置されコイル巻線を形成する導体帯３と、各巻線端に形成され導体帯３の幅に対して明らかに拡大された寸法を持つ接触端子４とを備えた誘導コイル２を持っている。なお理解し易くする理由から図１及び２においてはただ導体帯３の部分だけが詳しく示されている。実際には誘導コイル２は、チップカード１の最大カード面を利用して、チップカードの外形寸法にほぼ相当するずっと大きい外形寸法を持っている。
【００１９】
誘導コイル２は別部品として銅被覆されたコイル支持体箔の打ち抜き或いはエッチングにより作られる。（図には示されていない）銅被覆されたボビン箔は、公知のように、導体帯３及び接触端子４の構造形状に一致する、例えばフォトレジスト材料からなるエッチングマスクで覆われ、適当な化学的エッチング剤で処理される。銅からなる誘導コイル２は半導体チップ５に集積化して配置されている電子回路と導電接触をしている。なお、この電子回路の作用態様は当業者によく知られているので、図では同様に示されていない。
【００２０】
半導体チップ５はその表面に、電気的にかつ機械的に誘導コイル２の接触端子４と接続されている導電性接触部６（いわゆるチップパッド）を備えている。誘導コイル２を、特に誘導コイル２の機械的に極めて敏感な導体帯３を機械的に支持するために、ポリイミドから作られた単一部材から成る支持体７が設けられこの支持体は半導体チップ５を収納するために開口部８を備えている。この開口部の寸法は半導体チップ５の寸法にほぼ一致するので、半導体チップ５は完全にこの開口部に収納される。組立許容値を考慮してこの開口部の幅は半導体チップ５の幅より若干大きくなるようにするので、半導体チップの側面範囲に僅かな余分の中空空間９が残るが、これは勿論問題でない。
【００２１】
支持体７の厚さｄは接触部６の厚さを含めた半導体チップ５の全体の厚さに正確に一致しているので、半導体チップの結合要素側の表面と支持体７の結合要素側の表面とは互いにほぼ同一面に配置されている。通常のチップ厚の場合支持体の厚さは約400〜約500μｍであるので、半導体チップの付加的に行われる薄膜化は省略できる。支持体の外周範囲は殆ど誘導コイル２の外周範囲に、従って実質的にチップカード自身の寸法に一致するので、誘導コイル２は完全に支持体７に支持されている。接触部６の間には電気絶縁材料（例えばポリイミド）からなる薄い絶縁層10が設けられている。この層は通常もともと別体として作られる半導体チップに配置されているものであり、本発明による構成においては半導体チップ５上に配置されている誘導コイル２の導体帯部分のための電気絶縁性支持膜として使用されている。
【００２２】
半導体チップ５はそれ故開口部８内において同一面にあり、その開口部８上に誘導コイル２の導体帯３が配置されている。誘導コイル２は、公知の接続技術（例えば熱圧縮或いはいわゆるフリップ・チップ取付け）により、比較的幅の広い接触部６もしくはボンディングパッドにおいて半導体チップ５と接続され固定される。
【００２３】
本発明によるチップモジュールの全体構成は半導体チップ５、支持体７及び誘導コイル２からなり、従来から公知の構成に比べて、実質的に平面形の表面を持ち、従ってその後のカード製造においてラミネートのための付加的な中間箔等を使用することなくカード基体のその他の構成要素と共に供給される。支持体７もしくは半導体チップ５の全体の厚さに対して、特に図１に誇張して図示された、導体帯３もしくは接触端子４の厚さは無視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
チップカードに装着され、半導体チップ、結合要素及び支持体からなるチップモジュールの概略断面図、
【図２】
図１によるコンポーネントの概略部分平面図
【符号の説明】
１        チップカード
２        誘導コイル
３        導体帯
４        接触端子
５        半導体チップ
６        導電性接触部
７        支持体
８        開口部
９        中空空間
【図１】
0003571057.tif 000002
【図２】
0003571057.tif 000003