(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板に配置された少なくとも１つのチップとからなり、前記チップは、その前方面に配置された電極面を介し、導体路構造体を備えた前記基板の接続用導体部に電気的に接続されており、前記チップは、前記チップの最初の厚さに較べて減縮された厚さを有するチップモジュールにおいて、
前記チップ（３８）は、前記電極面に形成された接続用バンプ（１６，１７）を有し、
前記基板（１２）は、前記導体路構造体の接続用導体部（１４，１５）によって形成された底部を有する凹部（１９）を備え、
前記接続用バンプ（１６，１７）は、前記凹部（１９）内に配置された導電性の接続用材料（２２）内に埋め込まれ、
前記接続用材料は、前記接続用バンプ（１６，１７）を包み込みながら前記接続用バンプ（１６，１７）と接触することにより、前記チップを前記接続用導体部（１４，１５）に電気的に接続すると共に、前記チップを前記基板に機械的に結合させることを特徴とするチップモジュール。
【請求項２】
前記導体路構造体に導電接続され、前記凹部（１９）に係合する前記接続用バンプ（１６，１７）に加えて、前記チップから電気的に分離された少なくとも１つの突出部（３５，３６）が前記チップ（３８）の前方面に更に設けられ、前記突出部（３５，３６）は、前記基板（１２）の固定用凹部に係合していることを特徴とする、請求項１に記載のチップモジュール。
【請求項３】
前記チップ（１１，３８）は、周囲又は平面において基板（１２）に接着固定されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のチップモジュール。
【請求項４】
チップカードにおいて使用することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のチップモジュール。
【請求項５】
基板と、前記基板に配置された少なくとも１つのチップとを有するチップモジュールの生産方法において、
前記チップの前方面に配置された接続用バンプ（１６，１７）を、前記基板の支持層（１３）に形成された凹部（１９）内に配置された導電性の接続用材料（２２）内に挿入することにより、前記支持層（１３）の後方面に配置された導体路構造体の接続用導体部（１４，１５）との電気的接続を行って、前記チップと前記基板との電気的接続と機械的に安定した結合とを行い、次に材料除去処理によって前記チップの後方面を加工するチップモジュールの生産方法であって、
前記基板は、前記チップの後方面の加工の際に、前記チップを保持すると共に安定化させることを特徴とするチップモジュールの生産方法。
【請求項６】
前記チップ（１１）の加工を研削処理又はラッピング処理によって実行することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記チップ（１１）の加工をエッチング処理によって実行することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記チップ（１１）の加工に続いて前記チップの機能テストを実行することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、基板と請求項１の前文によって基板に配置された少なくとも１つのチップを有するチップモジュールに関する。本発明は更に、請求項５の前文によるチップモジュールの生産方法に関する。
基板に配置されたチップを有するチップモジュールは、チップ電極面より十分に大きい基板接続用導体部によってチップの単純な電気的接触を容易にすべき全ての場合に元来使用される。かくして、このようなチップモジュールは、例えば、チップカードに使用され、基板の後方面に配置することによって、カード表面に延在するむき出しの基板接続用導体部を介してチップカードの内部に収容されたチップの「外的接触」を可能にする。かかるチップモジュールは又、基板接続用導体部が単純な接触を行うためにカード本体の内部にアンテナコイルを配置した、いわゆる非接触チップカードを構成するのに使用される。本来、かかるチップモジュールは又、例えば、カードチップに接触アクセスするための外的接触並びにアンテナコイルを介してチップに非接触アクセスするための内的接触を基板によって容易に行ういわゆる「コンビ−カード」を構成するのに使用されることができる。
チップモジュールを形成するためにチップを基板と組み合わせると複合構造体になり、チップモジュールの厚さは、チップの厚さと基板の厚さに比較して相対的に大きくなり、且つチップモジュールを規定された外側寸法を有するカード本体に収容しなければならない。チップモジュールをカード本体に確実に収容することは、カード本体に更なる構成要素を備え付ける可能性に加えられる制限を最小限にし、かくして、チップモジュールを可能な限り薄く設計するために本質的であることが分かる。
相対的に厚いチップモジュールの公知の不都合な点は、単にチップモジュールが相対的に厚いことによって、チップモジュールが可撓性のあるカード本体に比較して大きな曲げ抵抗を有し、それ故、日々の使用でしばしば起こる曲げ応力をカード本体が受けた時、特に接触カードの場合に基板がカード表面に配置されている時、チップモジュールとカード本体との間の接続部に高いレベルの応力が加わり、チップモジュールがカード本体から剥離してしまうことにある。
米国特許第５，１５５，０６８号公報は、チップモジュールとチップモジュールの生産方法を開示しており、そこでは最初にチップの接触パッドを基板の電極面に電気的に接触させ、次いでチップを取り囲む合成樹脂化合物の中にチップ全体を埋め込むことでチップとチップ基板との間の機械的接続を行う２つの連続した処理段階でチップと基板との接続が確立されている。チップを取り囲む合成樹脂化合物の中にチップを埋め込む結果、その後のチップ後方面の研磨処理中、チップ材料に加えてチップを取り囲む材料を研磨除去することが必要である。
「日本の特許要約」において言及された日本国特許公開昭６３−１４７３５２号公報は、チップとチップ基板との間の接続が２つの工程において確立され、チップがチップ基板に機械的に接続するために合成樹脂化合物の中に埋め込まれるチップモジュールの生産方法を同様に開示している。
欧州特許公開第０２０７８５３号公報は、フィルムキャリアを使用しながら複数のチップモジュールを連続的に生産する方法を開示している。
本発明の目的は、チップとチップ基板との間の接続を簡単に確立し、且つチップの厚さを縮めるチップのより効果的な処理を容易に行うチップモジュールとチップモジュールの生産方法を提供することにある。
この目的は、請求項１の特徴を有するチップモジュールによって達成される。
チップのシリコン本体の電気回路面が電極面を備えたチップの前方面即ち接触面に隣接し、後方面の表面に隣接するシリコン本体の領域が電気回路面から離れている事実を本発明によるチップモジュールは利用する。かくして、チップの機能を損なうことなく、十分なチップ機能を確保しながらチップの表面を後方面からチップ本体の最小の厚さまで除去し、この方法でチップを十分に薄くするのを可能にする。
チップの厚さを縮めることで、チップモジュールの厚さ全体を対応して縮めることが容易になるばかりか、チップモジュールの曲げ特性に影響を及ぼすのを可能にする。チップの厚さが縮まる結果、チップの曲げ特性は基板の曲げ特性に適合し、かくしてチップモジュールが全体に亘ってよりたやすく曲がり、より可撓性を有するようになり、チップモジュールの曲げ特性がカード本体の曲げ特性に類似する。
本発明によるチップモジュールでは、チップが電極面に形成された接続用バンプを有し、基板が導体路構造体の接続用導体部によって形成された底部を有する凹部を備える。接続用バンプは凹部内に配置された導電性の接続用材料内に埋め込まれ、接続用材料は、接続用バンプを包み込みながら接続用バンプと接触することにより、チップを接続用導体部に電気的に接続すると共に、チップを基板に機械的に結合させる。接続用バンプが基板の凹部に係合することで、特別に良好なせん断強さを有しながらチップと基板とが接続する。その上、接続用バンプがこのようにして基板に「沈み込む」配置により、チップモジュールの特に平らな構造をその構成によって簡単に達成する。
ここで、チップの接続用バンプは、基板の凹部に配置され且つチップを接続用導体部に電気的に接触させると共にチップを基板に機械的に結合する導電性の接続用材料の中に埋め込まれる。接続用バンプを接続用材料の中に埋め込むこの方法によって、接続用バンプの高さと接続用材料を介した凹部の深さとの間の差によって生じる如何なる公差をも補償することがたやすく可能になり、チップの接続用バンプと基板の接続用導体部との間の信頼性のある導電接続を維持し、チップの表面と基板の表面とが隙間なく互いに直接隣接した、全体に亘って平坦なチップと基板の配置を提供することをもたやすく可能になる。かくして、本発明によるチップモジュールの生産において、アンダーフィラー技術の状況において知られたアンダーフィラーの適用を省略することが又、可能である。接続用バンプの「埋め込み」により、接続用材料で接続用バンプの全側面を被覆することで特に安定した機械的な荷重に耐える結合が行われるので、チップモジュールのせん断強さを向上させるアンダーフィラーの機械的に安定化させる効果が又、不要になる。
接続用バンプは、例えば導電性接着剤又ははんだ材料等でできた接触用メタライゼーションなどの如何なる導電性材料からも形成することができる。
特に機械的に安定したチップモジュールを構成すべき時、チップと基板との間のかみ合い接触の上述の形態は又、接触したチップが材料の除去によって厚さの縮んだチップであるか、従来型のチップであるかに係わらず十分な利点を有する。
チップモジュールにおいてチップと基板との間に形成された接続部の機械的安定を更に増大させるために、チップに導電接続された接続用バンプに加えてチップから電気的に分離された少なくとも１つの突出物をチップ表面に更に設けても良く、前記突出部は基板の固定用凹部の中に係合する。この突出部は、電気的な電極部を形成する接続用バンプと同一となるように設計され生産されることができ、単に機械的に安定化させる機能を有する「コンタクトダミー」を形成する。
望むならば、接着剤を周囲又は平面に付着させることで更なる機械的な安定化やシールを行うことができる。
チップカードにおいてチップモジュールを特に有利に使用できる。
請求項５に請求したように本発明による方法において、チップの電極面に配置された接続用バンプを基板の支持層に形成された凹部内に配置した導電性の接続用材料の中に挿入することにより、支持層の後方面に配置された導体路構造体の接続用導体部との電気的接続を行って、チップと基板との電気的接続と機械的に安定した結合とを行う。次いで、材料除去処理によってチップの後方面が加工される。この方法では、接続用バンプを接続用材料内に埋め込むことで、接続用バンプが基板の凹部に係合して固定されるので、基板はチップの後方面の加工の際に、チップを保持すると共に安定化させ、材料除去処理によってチップの後方面を加工する際に生じるような最も高レベルのせん断応力にさえ耐える結合を得ることができる。
電極面の接触に先だって、接触するチップ電極面の清浄及び／又は基板接触面又は任意に付着される接続用バンプ又は接続用材料面の清浄を選択的に行う。
研削処理又はラッピング処理を使用してチップの加工を遂行することができる。縮んだ厚さを有するチップモジュールを形成する他の可能なチップの加工方法は、チップの後方面に化学的なエッチング処理を行うことからなる。
接続用バンプを埋め込むのに必要とされる接続用材料は、型式及び種類の点で異なっても良い。かくして、例えば、接続用バンプを凹部の中に挿入するのに先だって、接続用材料を、絶縁層の表面に平面的に付着させ、その後に表面からはがすことで凹部の中に導入しても良い。
接続用バンプを凹部の中に挿入する前後に、液体状態にある接続用材料を投与の方法で凹部の中に導入することも又、可能である。
接続用材料を付与する他の可能な方法は、接続用バンプの挿入に先だって、例えば鉛／スズはんだ球等のひとかたまりの形態で接続用材料を凹部に導入することからなる。
接続用導通部の領域において接続用材料の被覆を既に備えた凹部の中に接続用バンプを挿入する限りでは、チップモジュールを生産するのに使用する基板を又、予め準備することができる。かくして、チップモジュールの生産のための本発明による方法を、基板製造者によって適当に予め準備された基板を基にして同様に遂行することができ、それによって特別にコスト的に効果のある方法の実行を容易にする。
接続用材料と接続用バンプとの間の接続及び接続用材料と接続用導通部との間の接続が圧力や熱の影響を受けて行われるならば、チップと基板の隣接する表面が互いに支え合うことでチップと基板との間の接続が確保され、それによって適当な量の接続用材料が与えられたとき、接続用材料が高い境界面応力を有している場合であっても、接続用バンプを接続用材料の中に少なくとも部分的に埋め込むことが起こる。
チップの接続用バンプを熱的影響を受けながら接続用材料に押し付ける公知のフリップ−チップ法によって接続用材料と接続用バンプとの間の接続を実行しても良い。かくして、配置中に接続を確立するのに必要な接続用材料の加熱が行われる。
しかしながら、配置を行った後だけに接続用材料の加熱や接続の確立がいわゆるリフロー法において行われるように接続を実行しても良い。
熱を接続用材料に伝える時間にかかわりなく、接続用材料に熱を伝達することが基板の接続用導通部を介して行われるのが特に有利であることが分かる。この方法では、接続が確立している間、チップは熱応力を実質的に免れたままとなる。
チップの加工に続いてチップの機能テストが行われるならば同じく有利である。ここで基板の接続用導通部がテスト接触部を形成する。一般的に連続テストであるこの電気的テストを実行することで、おそらくはチップの処理のために又はチップと基板との間の接続部の形成のために機能的に損なわれたチップモジュールの検出を容易に行うことができる。
以下に本発明によるチップモジュールとその生産方法を図面を参照して例示的な実施例の形態で詳細に説明する。
図１は、チップとチップ上に配置された基板を有するチップモジュールの斜視図である。
図２は、図１に示したチップモジュールの拡大した側面図である。
図３は、図２によるチップモジュールの部分的な拡大図である。
図４は、チップモジュールを形成するためにチップを基板に接続する直前の図３に対応する図である。
図５は、図１に示したチップモジュールの連続的な生産用装置の概略図である。
図６は、個々の基板を備えた基板ストリップの部分的な図である。
図１は、チップ１１とそれに接触した基板１２を有するチップモジュール１０を示す。ここでは支持層１３の形態である絶縁層の上側には、チップ１１から離れて、基板１２が、ここでは例示的に示し、支持層１３の上に実質的に長手方向に延在しながら対に形成された接続用導体部１４，１５を有する。
図１に示す例示的な実施例において、チップ１１は、技術文献において「バンプ」と称される２つの一段高い接触用メタライゼーション１６，１７を有し、接触用メタライゼーション１６，１７は図１には詳細に示さないがチップ１１の保護層１８（図３）を貫通し、保護層１８から突き出ている。
図１は、例えばチップカード（ここでは詳細に図示せず）において使用されるように、２つだけの接触用メタライゼーション１６，１７を備えたチップ１１を示すが、以下の詳細な説明は、異なる数の接触用メタライゼーションを有するチップ、特に複数の接触用メタライゼーションを有し、かかるチップに接続される基板が多数の接触導通部を有するように対応して設計されたチップに等しく適用されることを強調すべきである。図１に示す構造は、それに関連した特に明瞭な表示のために選択されたものである。
図１に示すチップモジュール１０の場合、基板１２に接触したチップ１１は、ここでは詳細には示さないウエハの厚さに実質的に対応する正規の厚さＤを有し、チップ１１は、ウエハ複合物から分離することでウエハから形成される。以下に更に説明するように、図１に示すチップモジュール１０の構成は、図２に例示として示すようにチップモジュール３７の生産の基礎としてのハンドリングユニットを形成し、縮んだ厚さのチップ３８を有している。図２において明暗のついた副次的な領域によって示されるように、接触用メタライゼーション１６，１７と反対側に配置した表面であって以下に後方面３９と称する表面の材料除去処理の後、チップ３８は、図１に示すチップ１１に比較してΔｄだけ縮んだ厚さを有するようになり、その結果、チップ３８の厚さｄはチップ１１の厚さＤ（図１）よりも十分に小さくなる。
図２をチップモジュール１０の部分的拡大図を示す図３と比較すると、図２に示した厚さ縮み分Δｄにより、全体の厚さＨを有したチップモジュール１０と比較して実質的により小さい全体の厚さｈを有するチップモジュール３７になることが明らかである。
接続ポイントを例示する形態で、図３及び図４は、接触用メタライゼーション１７と基板１２の接続用導通部１５との間の接続を確立してチップモジュール１０を形成する方法を示している。関連した凹部１９を有する被覆層から始まり、接触用メタライゼーション１７が、接触用メタライゼーション１７の領域において支持層１３に形成された凹部１９に係合することが明らかに分かる。支持層１３の凹部１９は、チップ１１に対向して支持層１３の後方面に配置された接続用導体部１５まで及び、前記接続用導体部１５を外側の接触側面２０と反対側に配置した後方チップ接触帯域２１の領域に晒している。
凹部１９は接続用材料２２を包み、接続用材料２２は、接触用メタライゼーション１７と接続用導通部１５のチップ接触領域２１との間の導電接続を確立し且つチップ１１と基板１２との間の信頼性のある機械的接続を確立する役目を果たす。
図３及び図４に示す接続用材料２２は、接続用導通部１５のチップ接触領域２１に固体の形態で付与されたはんだ被覆部からなる。ここではんだ被覆のために選択されたはんだの組成は、接触用メタライゼーション１７として使用される合金又は材料組成に適合する。接触用メタライゼーション１７として金を使用するとき、接続用材料として鉛／スズはんだが適している。はんだ被覆の代わりに例えば導電性エポキシ樹脂を基礎とした接着剤、即ち熱可塑性接着剤を使用することも又、可能である。
接続用材料の種類にかかわらず、どんな場合でも、接触用メタライゼーション１７を凹部１９に導入し（図４の矢印４８）、接続用材料２２を変位させながら基板１２の上にチップ１１を配置させることで、接触用メタライゼーション１７と接続用導通部１５のチップ接触領域２１との間で図３に示す接続が確立する。この方法で確立される接続の場合、反復可能で均一且つできるだけ小さい全高Ｈを有する、チップ１１と基板１２とで形成されたチップモジュール１０を確保するために、チップ１１の保護層１８がチップ１１に対向する支持層１３の表面に支えられるまで接触用メタライゼーション１７を凹部１９の中に十分導入する。図１に示した接触用メタライゼーション１７の実施例の場合、図１に示すように、接続用材料２２を介して遂げられたチップ１１と基板１２との間の機械的接続を更に向上させるために、基板１２の電気的接触の役目を果たす接触用メタライゼーション１６，１７に加えて、金属被覆突出部３５，３６を更に設けることが可能であり、更なる金属被覆突出部３５，３６は、接触用メタライゼーション１６，１７と同様に形成され、ここでは詳細に示さないが凹部１９に対応する形態の固定用凹部に挿入される。ここで再び接触用メタライゼーション１６，１７の場合のように正確に金属被覆突出部３５，３６と接続用導体部１４，１５との間で接続が確立するが、この接続は単にチップを基板に機械的に固定するための役目を果たし、電気的な接触機能を有さない。チップ１１を基板１２に接着するのを補助するために、チップ１１の平面又は周囲を基板１２に接着することを行っても良い。
図３から明らかに分かるように、接触用メタライゼーション１７を接続用材料２２の中に部分的に隠す場合でさえ、ここでは平行六面体として単純な形態で示す、接触用メタライゼーション１７の露出した側面全体の湿潤が起こる。これにより、接触用メタライゼーション１７と接続用材料２２との接触領域の電気抵抗が対応して小さくなり且つ良好な機械的接着が行われる。
凹部１９の圧縮効果による圧力クッションの形成を防止するために、特に凹部１９が、接続用材料２２でたくさん満たされているとき、基板１２の支持層１３が、チップに対向するその上面に凹部１９から外部に通じる溝のような換気チャンネル２３又は他の適当な装置を備えるのが良い。
支持層１３として形成され図１に示した絶縁層に加えて、少なくとも接触凹部を除いて接続用導体部を覆う更なる絶縁層を又、前記接続用導体部に配置することができる。加えて、チップモジュール１０は又、トランスポンダーを形成するために基板に配置されたコイルを備えていても良い。
接触用メタライゼーション１７を接続用材料２２の中に隠すのに必要な接続用材料を軟らかくするか融解することを、例えば図５に示すように、接続用材料の変位に必要な圧力の印加と同時に行うことができる。図５は、固定装置に結合された２つの構成要素、即ちチップ配置装置２５と加熱装置２６を有するチップモジュール生産装置２４を示す。図５から分かるように、チップ１１を、その接触用メタライゼーション１６，１７を下方に向けながらここでは基板ストリップ２７に配置された基板１２に向かって上方から移動させる。それから、接触用メタライゼーション１６，１７は、接続用導体部１４，１５のチップ接触領域２１（図３）に配置された接続用材料２２に支えられる状態になる。接触用メタライゼーション１６，１７を接続用材料２２と接触させている間、接続用導体部１４，１５の接触加熱を加熱装置２６によって行ない、加熱装置２６は基板ストリップ２７より下方から特定の基板１２に向かって移動する。次いで、チップ配置装置２５の圧力を受けて、接触用メタライゼーション１６，１７は、熱効果の下に接続用材料２２の中に入り込む。
前述したように、チップ１１の配置中、接続用材料２２を加熱する代わりに、チップ１１の配置に続いてリフロー処理で接続用材料２２を融解させ、かくして接続用材料２２を接触用メタライゼーション１６，１７に接続するのに必要な接触用メタライゼーションの湿潤を行うことも又、可能である。接続用材料の種類により、接触用メタライゼーション１６，１７が接続用材料２２の中に隠れるのを容易にし、上述した接続用材料２２への接触用メタライゼーション１６，１７の埋め込みを達成するために、チップ配置装置２５の下流にある付加的な圧力装置を使用しながら接触用メタライゼーション１６，１７に圧力を加えることで接続用材料２２の境界面抵抗に打ち勝つことを必要としても良い。
図６は、図５に示したチップモジュール生産装置２４に関連して既に述べた基板ストリップ２７の平面図である。平面図から分かるように、基板ストリップ２７は、基板上に延在する接続用導体部１４，１５を介して互いに接続された、間断なく連続的に形成された複数の基板１２を有する。図１に示すように基板ストリップ２７から個々の基板１１を分離するために、図６に一点鎖線で示すパンチングライン４７に沿って打ち抜き処理を行うことだけ必要である。打ち抜き処理は、接続用導体部１４，１５の接続用領域２９，３０及び牽引エッジを形成し穿孔３１の備わった基板ストリップ２７の外側エッジ３２，３３を切断する役目を果たす。基板ストリップ２７のかかる構造はチップモジュール１０の連続的な生産を容易にし、図５に示すように基板１２を備えた基板ストリップ２７が規則正しく制御されながらチップ配置装置２５を通って供給方向３４に導かれる。
チップモジュール生産装置２４で生産されたチップモジュール１０は各々、チップ１１より薄いチップ３８を有するチップモジュール３７を生産することを目標としたチップのその後の処理のために中間生産物即ちハンドリングユニットを構成する。基板ストリップによって形成された複合物によって、チップモジュール１０はそれら全体で対応するハンドリング複合物を形成する。前に説明したチップモジュール１０を基板ストリップ２７から分離するのに先だって、連続的な生産方法の実施例として図５に示すように、チップモジュール１０のチップ１１の材料除去処理が、チップモジュールの生産に続いてチップモジュール生産装置２４で行われる。この目的のためにチップモジュール１０は処理装置４０に送られ、そこで図２に概略的に示すようにチップ１１の後方面３９からチップ本体材料が除去される。図５に一例として示した処理作業において、処理装置は、装置キャリア４１上でローラ４２を介して連続的に回転する研削用循環ベルト４３を有するベルト研削装置４０からなる。装置キャリア４１はここでは詳細に示さない調整装置を備え、装置キャリア４１を二重矢印４４の方向に上下に移動させることができる。チップ１１の後方面３９に向けられた調整動作を研削ベルト４３の回転動作に重畳させることで、チップ１１をその厚みにおいて連続的に縮ませることができ、遂にはチップ３８は最初のチップ１１の厚さに比較して縮んだ厚さｄを有するようになる（図２）。
この処理によって達成できる厚さｄは、図２において一点鎖線で示した境界層４５によって制限され、保護層１８と境界層４５との間に位置したチップの回路領域４６の範囲を定める。境界層４５に到達するまで後方面３９からチップを処理することができ、回路領域４６の中に侵入してチップの機能を損ずることがない。
図５に示すように研削用ベルト装置４０でチップ１１を処理することで、最初のチップモジュール１０に比較して十分に縮んだ全高ｈを有する、図２に示したチップモジュール３７を生じる。その後、図５に示した工程によって連続的に生産された縮んだ厚さを有するチップモジュール３７を、図６を参照して前述した複合基板ストリップ２７から分離することができる。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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【図６】
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【図５】
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