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Dokumentenidentifikation DE69633737T2 09.02.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000870627
Titel Halbleitervorrichtung
Anmelder Hitachi, Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder USAMI, Mitsuo, Tokyo 196, JP;
TSUBOSAKI, Kunihiro, Tokyo 191, JP;
MIYAZAKI, Masaru, Tokyo 198, JP
Vertreter Strehl, Schübel-Hopf & Partner, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69633737
Vertragsstaaten BE, CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.05.1996
EP-Aktenzeichen 969137421
WO-Anmeldetag 14.05.1996
PCT-Aktenzeichen PCT/JP96/01264
WO-Veröffentlichungsnummer 0096036496
WO-Veröffentlichungsdatum 21.11.1996
EP-Offenlegungsdatum 14.10.1998
EP date of grant 27.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.02.2006
IPC-Hauptklasse B42D 15/10(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse H01L 25/04(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      G06K 19/077(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung; insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Halbleitervorrichtung, die besonders geeignet ist für die Verwendung in sehr dünnen, preiswerten Chipkarten mit hoher Biegefestigkeit, drahtlosen Mehrchip-Modulen und mobilen Kommunikationsterminals.

Stand der Technik

Was die Chipkarten angeht, ist eine Karte mit dem in 20 gezeigten Querschnitt in „Data Carrier II", Seite 137 bis 194, Japan Industrial Press Corporation, vom 15. März 1991 beschrieben.

Bei der Karte ist, wie in 20 gezeigt, ein auf der Platte 410 angeordneter dicker Kondensator-Chip 411 durch einen Bonddraht 416 mit der Leiterplatte 412 verbunden und mit einem Harz 415 umgossen, und der gesamte Aufbau ist in den Mittelkern 413 eingebettet, dessen Ober- und Unterseite mit einem Überzug 409 bzw. 414 versehen sind.

Darüber hinaus beschreibt die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. Hei 3-87299 eine Chipkarte mit einem Dünnschicht-Chip.

Bei der Karte eines solchen herkömmlichen Typs mit dem in 20 gezeigten Aufbau sind Elemente wie der Kondensator-Chip 411 so dick, dass diese Elemente empfindlich gegen Biegebeanspruchung sind und daher leicht brechen können.

Bei der in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. Hei 3-87299 beschriebenen Karte werden die Ober- und Unterseite des auf der dicken Platte 42 befestigten Kondensator-Chips 41 durch Dehnen oder Drücken beansprucht, wenn die Platte gebogen wird, so dass eine größere Beanspruchung auf den Kondensator-Chip 41 (mit einer Dicke von 200 &mgr;m) einwirkt. Daher versagt die Verbindung zwischen dem metallisierten Leiterbild 43 und dem mit dem Leiterbild 43 verbundenen Kondensator-Chip 41, oder der wegen seiner geringen Dicke für mechanische Beanspruchungen empfindliche Kondensator-Chip 41 bricht aufgrund der Beanspruchung. Folglich ist die Zuverlässigkeit besonders gering.

Eine Karte mit einem solchen herkömmlichen Aufbau mit dem Kondensator-Chip 41 wird hergestellt durch Anbringen des Kondensator-Chips 41 auf der leicht biegbaren dünnen Karte 42 und anschließendes Drahtbonden, weshalb die Karte eine geringe Zuverlässigkeit aufweist, weil der Kondensator-Chip 41 leicht bricht. Darüber hinaus ist die Anzahl der Arbeitsschritte für die Montage groß. Daher ist es schwierig gewesen, die Herstellungskosten zu verringern.

WO95/01612, von dem der kennzeichnende Teil von Anspruch 1 ausgeht, beschreibt eine Karte mit einer integrierten Halbleiterschaltung, einem Kondensator und einer Spule. Nach diesem Stand der Technik sind die Elemente in der Karte und insbesondere die integrierte Schaltung und der Kondensator relativ dick und durch Drahtbonden miteinander verbunden. Diese Karte weist daher dieselben Nachteile wie vorstehend beschrieben auf.

US-5.155.068 bezieht sich auf eine Karte mit einer integrierten Schaltung mit einer Dicke von nur 1 &mgr;m, und JP-A-6-64379 bezieht sich auf eine Karte mit einer integrierten Schaltung mit einer Dicke von 10 &mgr;m. Beide Dokumente beschreiben keine weiteren elektronischen Komponenten in der Karte.

Eine Karte mit einer integrierten Schaltung, einer Batterie und einem magnetischen Wandler ist in US-4.825.056 beschrieben.

EP-A-676717, bei dem es sich um den Stand der Technik nach 54(3) EPC handelt, beschreibt eine Smart Card-Chipkarte mit einer integrierten Schaltung, jedoch ohne weitere elektronische Komponenten. Die integrierte Schaltung hat eine Dicke von 102 bis 178 &mgr;m.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer sehr zuverlässigen und biegesicheren Halbleitervorrichtung.

Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Halbleitervorrichtungen vom Dünnschichttyp mit Funktionen als Chipkarte, Mehrchip-Modul oder mobiles Kommunikationsterminal.

Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Dünnschichtvorrichtung oder integrierte Schaltung mit einem Kondensator auf einer flexiblen Kartenplatte derselben Größe wie die einer Karte angeordnet, und die Dicke des Kondensators, einer integrierten Schaltung und einer Spule sowie die Dicke der Karte mit dem Kondensator, der integrierten Schaltung oder der Spule sind individuell mit bestimmten Abmessungen festgelegt.

Insbesondere ist die Dicke der integrierten Schaltung, des Kondensators und der Spule mit 110 &mgr;m oder weniger festgelegt, sofern die Untergrenzen für die Dicke der Karte und des Kondensators 50 &mgr;m bzw. 0,1 &mgr;m betragen.

Durch Fixieren der integrierten Schaltung, des Kondensators und der Spule mit so geringer Dicke werden die integrierte Schaltung, der Kondensator oder die Spule sicher gegen Biegebeanspruchung. Wenn sie mit einem flexiblen Haftmittel oder Kleber mit einer dünnen Platte wie zum Beispiel einer Chipkarte verbunden werden, lässt sich eine sehr zuverlässige und gegen Biegespannung unempfindliche Chipkarte herstellen.

Die Dicke einer Halbleitervorrichtung, das heißt der fertigen Karte, beträgt vorzugsweise 760 &mgr;m oder weniger, wenn die Dicke der integrierten Schaltung, des Kondensators und der Spule 110 &mgr;m oder weniger beträgt.

Die Dicke einer Halbleitervorrichtung, das heißt der fertigen Karte, beträgt vorzugsweise 500 &mgr;m oder weniger, wenn die Dicke der integrierten Schaltung, des Kondensators und der Spule 19 &mgr;m oder weniger beträgt. Darüber hinaus beträgt die Dicke einer Halbleitervorrichtung, das heißt. der fertigen Karte, vorzugsweise 250 &mgr;m oder weniger, wenn die Dicke der integrierten Schaltung, des Kondensators und der Spule 4 &mgr;m oder weniger beträgt.

Weil der auf der Karte angebrachte Dünnschichtkondensator dünn ist, können die Platte und der Kondensator jetzt mit einer leitfähigen Paste verdrahtet werden. Dementsprechend kann im Vergleich zum herkömmlichen Drahtbonden mit einem Golddraht eine flache Chipkarte von geringer Dicke zu geringen Materialkosten und in großen Stückzahlen hergestellt werden.

Der Aufbau mit einem solchen Dünnschichtkondensator kann nicht nur für die Herstellung von Chipkarten, sondern auch für andere Vorrichtungen mit ähnlichen Formen und die Mehrchip-Montage benutzt werden.

Auf den Querschnitt der gebogenen Karte wirken Streckkräfte auf die Oberseite der gebogenen Platte ein, während auf die Rückseite Stauchkräfte einwirken. Weil dabei im unter geringerer Beanspruchung stehenden mittleren Teil des Kartenquerschnitts keine Schwindung oder Stauchung eintritt, kann die auf einen Dünnschichtkondensator-Chip einwirkende Beanspruchung verringert werden, wenn der Kondensator-Chip auf diesem Teil angeordnet wird.

Selbstverständlich ist ein Kondensator-Chip mit einer geringen Dicke besser. Besonders gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Dicke 110 &mgr;m oder weniger beträgt. Ist die Karte jedoch dick, vergrößert die Steifigkeit der Karte das kritische Krümmungsverhältnis. Daher wird die Karte kaum gebogen. Folglich kann der Kondensator-Chip bis zu einem gewissen Maße ausreichend dick sein.

Weist die Karte hingegen eine geringe Dicke auf, lässt sie sich leicht biegen. Um daher die Beanspruchung des Kondensator-Chips zu verringern, sollte der Kondensator-Chip dünn sein. Bei der Herstellung eines Kondensators mit geringer Dicke erfordert eine geringere Dicke des Kondensators präzisere Vorrichtungen zur Herstellung eines solchen Kondensators. Daher sollte die Dicke des herzustellenden Kondensators sowohl aus dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit als auch der Erzielung von Zuverlässigkeit betrachtet werden.

Eine bestimmte Dickenkorrelation zwischen der Karte und dem Kondensator-Chip ist gegeben; durch Festlegen sowohl der Karte als auch des Kondensator-Chips auf die vorgenannte Dicke können verschiedene biegefeste und sehr zuverlässige Karten zu niedrigen Kosten hergestellt werden. Selbstverständlich gilt dies für die Dicke der Spule und der integrierten Schaltung in der Karte, zusätzlich zu der Dicke des Kondensators.

Die untersten Dickengrenzwerte der Halbleitervorrichtung, das heißt der fertigen Karte, und des Kondensators betragen 50 &mgr;m bzw. 0,1 &mgr;m. Ist die Kartendicke geringer als 50 &mgr;m, ist die Flexibilität der Karte deutlich verringert, was den praktischen Gebrauch der Karte erschwert; außerdem ist es schwierig, einen Kondensator mit einer Dicke von 0,1 &mgr;m herzustellen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung von Beispiel 1 nach der vorliegenden Erfindung.

2 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung von Beispiel 1 nach der vorliegenden Erfindung.

3 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung von Beispiel 1 nach der vorliegenden Erfindung.

4 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung von Beispiel 1 nach der vorliegenden Erfindung.

5 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung von Beispiel 1 nach der vorliegenden Erfindung.

6 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung von Beispiel 2 nach der vorliegenden Erfindung.

7 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung von Beispiel 3 nach der vorliegenden Erfindung.

8 zeigt einen Querschnitt zur Veranschaulichung der Probleme bei herkömmlichen Karten.

9 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung von Beispiel 3 nach der vorliegenden Erfindung.

10 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung von Beispiel 3 nach der vorliegenden Erfindung.

11 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung von Beispiel 4 nach der vorliegenden Erfindung.

12 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung von Beispiel 4 nach der vorliegenden Erfindung.

13 zeigt eine erläuternde Darstellung zu Beispiel 4 nach der vorliegenden Erfindung.

14 zeigt eine erläuternde Darstellung zu Beispiel 4 nach der vorliegenden Erfindung.

15 zeigt eine erläuternde Darstellung zu Beispiel 4 nach der vorliegenden Erfindung.

16 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung von Beispiel 5 nach der vorliegenden Erfindung.

17 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung von Beispiel 6 nach der vorliegenden Erfindung.

18 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung von Beispiel 7 nach der vorliegenden Erfindung.

19 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung von Beispiel 7 nach der vorliegenden Erfindung.

20 zeigt einen Querschnitt eines Beispiels für herkömmliche Karten.

21 zeigt einen Querschnitt eines Beispiels für herkömmliche Karten.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung Beispiel 1

1 zeigt einen Querschnitt zur Erläuterung von Beispiel 1 nach der vorliegenden Erfindung.

Wie in 1 gezeigt, sind der Dünnschichtkondensator 303 und die Spule 305 mit einer Schicht leitfähigem Material 302 (Handelsname: Anisolm, Hersteller: Hitachi Chemicals Co.) auf die Oberfläche der Kartenplatte 301 gebondet.

Weil die Dicke des Dünnschichtkondensators 303 nur etwa 1 bis 10 &mgr;m beträgt, kann der Kondensator 303 ohne weiteres mit der leitfähigen Materialschicht 302 in Form einer Paste oder druckfarbenartigen Flüssigkeit auf die Oberfläche der Platte 301 gebondet werden, da der Höhenunterschied zwischen der Platte 301 und dem auf die Platte 301 gebondeten Kondensator 303 so gering ist.

Daher kann die optimale Kartenform aufgrund einer solch flachen Verbindung mit extrem geringer Höhe ausgebildet werden. Die leitfähige Materialschicht 302 in Pastenform ist nur ca. 10 &mgr;m dick und weist eine höhere Flexibilität auf, so dass die Schicht typischerweise biegefest und beständig gegen Unterschiede des Wärmeausdehnungskoeffizienten ist.

Der Dünnschichtkondensator-Chip 303 wurde wie folgt hergestellt.

Wie in 2 gezeigt, wurde zuerst eine Laminierschicht 310, bestehend aus einer Oxidschicht und einer Einkristall-Siliziumschicht, auf einer Siliziumplatte 311 ausgebildet, um SOI-Wafer (Silicon on Insulator) herzustellen.

Wie in 3 gezeigt, wurde danach mit einem bekannten Halbleiterverfahren der Kondensator 303, bestehend aus unterer Elektrode 307, Isolierschicht 308 und oberer Elektrode 309, auf der Hauptoberflächenseite des SOI-Wafers ausgebildet. Als untere Elektrode 307 wurde wärmebeständiges Titan und Platin benutzt, während als Isolierschicht 308 eine aus einem Material mit einer höheren Dielektrizitätskonstante wie zum Beispiel PZT (feste Lösung von Bleizirkonat und Bleititanat) bestehende Schicht verwendet wurde.

Anschließend erfolgte ein selektives Ätzen mittels einer 40-prozentigen wässrigen Kaliumhydroxidlösung (KOH), um die Siliziumplatte 311 zu entfernen und danach den in 3 gezeigten Aufbau herzustellen. Weil die auf der Siliziumplatte 311 ausgebildete Oxidschicht dabei als Stopper für das Ätzen wirkte, konnte die aus der Siliziumschicht und der Oxidschicht bestehende Laminierschicht 310 zurückbleiben, während die Siliziumplatte 311 selektiv entfernt wurde. Folglich wurde der Kondensator 303 mit der Elektrode 307, der Isolierschicht 308 und der Elektrode 309 strukturell auf der dünnen Laminierschicht 310 ausgebildet.

Durch Herstellen der integrierten Dünnschichtschaltung 312 und der gedruckten Spule 115 als ein Leiterbild mit einem bekannten Verfahren wurde die Karte 113 mit dem in 4 gezeigten planen Aufbau gebildet. Als das Leiterbild wurde für das vorliegende Beispiel die mit einem Druckverfahren ausgebildete Spule 115 verwendet, aber eine mit anderen Verfahren ausgebildete Spule kann ebenfalls mit zufrieden stellenden Ergebnissen benutzt werden.

Die Spule 115 erzeugt bei Empfang einer elektromagnetischen Welle von außen eine dielektrische elektromotorische Kraft, um dem Dünnschichtkondensator 114 Energie zuzuführen. Die Spule 115 und der Dünnschichtkondensator 114 sind in hoher Packungsdichte mittels einer leitfähigen Paste oder eines anisotropen leitfähigen Haftmittels an der integrierten Schaltung 310 angebracht, so dass die Spule 115 und der Dünnschichtkondensator 114 elektrisch miteinander verbunden sind. Die Spule 115 dient auch zur Übermittlung von Dateninformationen, die der Karte 113 von außen zugeführt werden, an den Dünnschichtkondensator 114 und zur Umwandlung der Daten von dem Dünnschichtkondensator 114 in elektromagnetische Wellen und zu deren Übermittlung von der Karte 113 nach außen. Eine kontaktlose und sehr zuverlässige Kommunikationskarte kann durch Ausbilden der Karte 113 mit einem solchen Aufbau hergestellt werden.

Weil auf der Oberseite von als Kontakt-Karten bezeichneten herkömmlichen Karten Elektroden angeordnet sind, kann der Kontakt möglicherweise nicht hergestellt werden oder die Karten sind empfindlich gegen elektrostatische Aufladung, was ebenfalls nachteilig ist. Die vorliegende Erfindung kann mit zufrieden stellenden Ergebnissen für herkömmliche Kontakt-Karten benutzt werden.

Danach wurde ein flexibles Haftmittel 119 wie zum Beispiel Silikon in den durch den Dünnschichtkondensator 114, die integrierte Schaltung 312 und die mittels Druckverfahren hergestellte Spule 115 gebildeten Raum eingefüllt; zusätzlich wurden die obere Deckfolie 117 und die untere Deckfolie 118 mit dem Haftmittel 119 fixiert, um eine Karte mit dem in 5 gezeigten Querschnitt zu erhalten.

Das Haftmittel 119 hat eine doppelte Funktion der Haftung und des Auffüllens, und der Dünnschichtkondensator 114 und dergleichen wurden mit dem weichen gummiartigen Material umgeben und eingeschlossen, so dass eine eventuelle Beanspruchung kaum auf die Oberfläche des Kondensators 114 und dergleichen einwirkte; darüber hinaus war die erhaltene Karte biegefest.

Auch wenn sich die Karte verformt, wenn sie punktuellen Stoßkräften ausgesetzt ist, wird die von außen einwirkende Kraft durch die Haftmittelschicht 119 abgeführt, die eine Beanspruchung der Oberfläche des Kondensators 114 verhindert.

Beispiel 2

Bei dem vorliegenden Beispiel wurde ein extrem dünner Kondensator auf der neutralen Fläche der Karten angeordnet. Durch Anordnen des Kondensators zwischen den beiden Karten wurde in diesem Beispiel eine für die Praxis zufrieden stellende Biegefestigkeit erreicht.

Wie in 6 gezeigt, ist bei dem vorliegenden Beispiel ein Dünnschichtelement 315, zum Beispiel ein Kondensator-Chip und eine Spule, mittels des Haftmittels 314 zwischen der oberen Kartenplatte 317 und der unteren Kartenplatte 318 befestigt, und durch individuelles Anordnen von dünnen Platten 313 und 316 aus einem härteren Material als die Kartenplatten 317 und 318 auf diesen Kartenplatten, wurde das Element verstärkt.

Das Dünnschichtelement 315 weist eine Dicke von 1 bis 110 &mgr;m auf, was deutlich dünner als die Dicke von herkömmlichen Elementen ist. Daher wurde das Element durch Anordnen des Dünnschichtelements 315 auf der neutralen Fläche mit den dünnen Platten 313 und 316 verstärkt, wodurch eine zufrieden stellende Biegefestigkeit erreicht wurde und die Kartenoberfläche flach ausgebildet werden konnte.

Beispiel 3

Anhang von 7, das eine Ansicht von oben zeigt, wird ein weiteres Beispiel nach der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer Karte mit einer höheren Biegefestigkeit als herkömmliche Karten beschrieben.

Wie in 7 gezeigt, ist bei dem vorliegenden Beispiel ein Dünnschichtelement 315, zum Beispiel ein Kondensator-Chip und eine Spule, im Inneren eines Kreises 321 angeordnet, dessen Durchmesser der Länge der kurzen Seite der Karte 319 entspricht und dessen Mittelpunkt auf dem Kartenmittelpunkt liegt. Es wurde festgestellt, dass die Biegeunempfindlichkeit dadurch verbessert wurde und dass die so hergestellte Karte weitaus einfacher als herkömmliche Karten verwendet werden konnte.

9 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Dünnschichtkondensator als das Dünnschichtelement 315 benutzt wurde und der Dünnschichtkondensator 315 in der Mitte 37 der Kartenplatte 36 eingebettet war.

Wenn die Kartenplatte 36 gebogen wurde, wurden deren Oberseite und Rückseite beide durch einen Streck- oder Stauchvorgang beansprucht. Weil der Dünnschichtkondensator 315 in der Mitte 37 der Kartenplatte 36 angeordnet war, wurde der Dünnschichtkondensator 315 in keinem Fall einer solchen Beanspruchung ausgesetzt. Daher konnte eine sehr zuverlässige und biegefeste Karte hergestellt werden.

Um eine Karte mit dem in 9 gezeigten Aufbau herzustellen, wird zuerst ein Dünnschichtkondensator 315 auf der Oberfläche der Kartenplatte 39 angebracht, wie in 10 gezeigt. Danach wird eine zweite Kartenplatte 36 mit derselben Dicke wie die Kartenplatte 39 auf dem Dünnschichtkondensator 315 befestigt, wodurch ohne weiteres der in 9 gezeigte Aufbau erhalten werden kann. Selbstverständlich kann der Dünnschichtkondensator 315 zusätzlich zu der Mitte der Karte 39 auch an jeder gewünschten Stelle innerhalb des Kreises 321 in 7 angeordnet werden.

Beispiel 4

11 zeigt ein weiteres Beispiel nach der vorliegenden Erfindung, das den Zustand einer Karte mit einer Krümmung aufgrund einer Biegebeanspruchung zeigt.

Weil der Dünnschichtkondensator-Chip 104 zwischen der unteren Kartenplatte 103 und der oberen Kartenplatte 102 entlang der Mittellinie 102a der Querschnitte der beiden Karten angeordnet ist, wird ein solcher Aufbau als Letztes durch das Biegen beeinflusst. Daher ist der Dünnschichtkondensator-Chip 104 keiner Beanspruchung ausgesetzt. Wird die Karte gebogen, so wird auch der Dünnschichtkondensator-Chip 104 gebogen, aber die Beanspruchung ist äußerst gering, weil der Dünnschichtkondensator-Chip 104 sehr dünn ist.

12 zeigt den Fall, dass der Kondensator-Chip 104 gebogen wird. Wenn der Kondensator-Chip 104 gebogen wird, ist die Oberflächenbeanspruchung &rgr; des Kondensator-Chips 104 entsprechend dem Navierschen Theorem wie folgt gegeben: &rgr; = E × t/R. Wie in 12 gezeigt, gibt E dabei den Elastizitätsmodul des Kondensators, R den Krümmungsradius und t die Hälfte der Dicke des Kondensator-Chips 104 an.

Weil die Oberfläche des Kondensator-Chips 104 aus Siliziumoxid besteht, ist E gleich dem Elastizitätsmodul von Siliziumoxid. Nach der vorstehenden Formel ist die Oberflächenbeanspruchung des Kondensator-Chips 104 proportional zur Dicke des Kondensator-Chips 104, jedoch umgekehrt proportional zum Krümmungsradius R. Ist die Oberflächenbeanspruchung des Kondensator-Chips 104 größer als die mechanische Festigkeit des Kondensator-Chips 104, bricht der Chip beim Biegen. Weil der Krümmungsradius R bei Fehlen jeglichen Biegens unendlich ist, ist die Oberflächenbeanspruchung &rgr; gleich null; wird R bei stärkerem Biegen größer, so wird auch die Beanspruchung &rgr; größer, bis der Kondensator-Chip 104 schließlich bricht.

Ist der Kondensator-Chip 104 jedoch dünn, ist die Oberflächenbeanspruchung &rgr; verringert, auch beim Biegen mit demselben Krümmungsradius R, und daher kann der Kondensator-Chip 104 ausreichend biegefest gemacht werden, wenn der Kondensator-Chip 104 innerhalb eines Bereichs, der die mechanische Bruchgrenze nicht überschreitet, dünner gemacht wird.

Wird der Kondensator-Chip 104 jedoch so dünn ausgebildet, ist der Chip schwierig zu handhaben. Wie in 11 gezeigt, wird daher der Dünnschichtkondensator 104 zwischen zwei aus Kunststoff, Metall und dergleichen bestehenden Kartenplatten 102 und 103 angeordnet, wodurch sich der Kondensator leicht handhaben lässt, verbunden mit einer Erhöhung der Festigkeit. Danach wird der Dünnschichtkondensator-Chip 104 vorzugsweise auf einer neutralen Fläche 102a der Karte 101 angeordnet. Durch diese Anordnung fällt die neutrale Fläche des Dünnschichtkondensators 104 mit der neutralen Fläche 102a der Karte 101 zusammen, deren Beanspruchung auch beim Biegen null beträgt, so dass der Dünnschichtkondensator-Chip 104 möglicherweise nie bricht, auch wenn die Karte 101 gebogen wird, wie dies der Fall ist, wenn nur der Dünnschichtkondensator-Chip 104 allein gebogen wird.

13 zeigt die Ergebnisse einer Bestimmung der Abhängigkeit der Oberflächenbeanspruchung des LSI vom Verhältnis der LSI-Dicke zur Kartendicke mit der Kartendicke als Parameter. Nach Anordnen des Dünnschichtkondensators auf der neutralen Fläche der Kartenplatte wurde die Oberflächenbeanspruchung des Dünnschichtkondensators bestimmt, das heißt das Verhältnis der Dicke des Dünnschichtkondensators zur Kartendicke.

Die Oberflächenbeanspruchung des LSI zeigt eine signifikante Relation mit dem Krümmungsgrad der Karte; der Krümmungsgrad der Karte variiert sehr stark, je nach der Dicke und den Materialien der Karte, der auf die Karte. einwirkenden Kraft und der Position der Karte. Bei dem vorliegenden Beispiel wurde ein LSI-Chip in der Mitte der ebenen Fläche der Karte angeordnet; als Kartenmaterial wurde Vinylchlorid benutzt, das üblicherweise für normale Magnet-Chipkarten und Kreditkarten verwendet wird. Weil PET-Material typischerweise härter ist und sich weniger stark biegen lässt als Vinylchlorid, gelten die mit Vinylchlorid erhaltenen Ergebnisse für Karten aus anderen Materialien einschließlich PET.

Der Krümmungsradius, der den Biegegrad definiert, variiert je nach dem auf die Karte einwirkenden Biegemoment. Das Biegemoment wurde bis zu einer Grenze, oberhalb der die Karte geknickt wurde und umklappte, auf die Karte ausgeübt. Der Krümmungsradius in der Mitte einer Karte aus Vinylchlorid mit einer Dicke von 0,76 mm betrug 50 mm. Sofern hierbei die Dicke des LSI-Chips dieselbe wie die Dicke der Karte ist, wird die Oberflächenbeanspruchung des LSI-Chips mit der Formel 8E12 × 0,38/50 (Pa) entsprechend der oben genannten Beanspruchungsformel berechnet und beträgt 600 MPa. Der Elastizitätsmodul von Glas gemäß der japanischen wissenschaftlichen Tabelle wurde verwendet. Weil die Oberfläche des LSI-Chips hauptsächlich aus einer Siliziumoxidschicht besteht, wird angenommen, dass die Oberfläche dieselben physikalischen Eigenschaften wie Glas aufweist.

Das Trägheitsmoment der Karte hat Einfluss auf die Relation zwischen dem Krümmungsradius und der Dicke der Karte. Der Krümmungsradius R ist durch E × I/M gegeben, wobei E den Elastizitätsmodul der Karte, I das Trägheitsmoment und M das Biegemoment angibt. Weil das Trägheitsmoment der Karte proportional zur 3. Potenz der Dicke der Karte ist, wird das in 15 gezeigte Kurvenprofil für den Krümmungsradius erhalten. 15 zeigt, dass die Oberflächenbeanspruchung des LSI-Chips 2,5 GPa und 5,4 GPa bei einer Kartendicke von 0,5 mm bzw. 0,25 mm beträgt, sofern das Verhältnis der Dicke des LSI-Chips zur Kartendicke 1,0 beträgt. In diesem Zustand kann der LSI-Chip leicht brechen, aber nach der vorliegenden Erfindung wird der dünn ausgebildete LSI-Chip zwischen den neutralen Flächen der Karten angeordnet. Daher kann ein derartiges Brechen verhindert werden.

Mit dem Verhältnis der Dicke des LSI-Chips zur Kartendicke als Parameter wurde die Oberflächenbeanspruchung des erhaltenen dünnen Kondensators gemessen. Die Ergebnisse sind in 13 gezeigt. Ein vergrößerter Ausschnitt. von 13 ist in 14 gezeigt, wobei das Verhältnis der Dicke des LSI-Chips zur Kartendicke 0 bis 0,16 beträgt.

In 14 beträgt die Beanspruchung des biegebeständigen LSI-Chips 90 MPa, und der Wert ist der japanischen wissenschaftlichen Tabelle entnommen, wobei die Bruchfestigkeit des LSI-Chips mit der Bruchfestigkeit von Glas gleichgesetzt wird. Somit können die nötige Dicke des LSI-Chips und der unterste Dickengrenzwert für den LSI-Chip bei verschiedenen Kartendicken in 14 bestimmt werden. Im Einzelnen kommt es nie zu einem Bruch des LSI-Chips aufgrund des Biegens der Karte, sofern die Dicke des LSI-Chips 110 &mgr;m oder weniger beträgt bei einer Kartendicke von 0,76 mm, die Dicke des LSI-Chips 19 &mgr;m oder weniger beträgt bei einer Kartendicke von 0,5 mm und die Dicke des LSI-Chips 4 &mgr;m oder weniger beträgt bei einer Kartendicke von 0,25 mm.

Selbstverständlich wird die Zuverlässigkeit des LSI-Chips deutlich verbessert, wenn die Dicke des LSI-Chips so dünn wie der unterste Grenzwert ist, aber der Grenzwert für die Dicke des möglicherweise herzustellenden Chips beträgt fast 0,1 &mgr;m. Die Herstellung eines LSI-Chips mit einer Dicke unterhalb dieses Grenzwerts ist schwierig.

Der LSI-Chip und der Dünnschichtkondensator werden vorzugsweise so angeordnet, dass die neutralen Flächen des LSI-Chips und des Dünnschichtkondensators mit der neutralen Fläche der Karte übereinstimmen. Die Ober- oder Unterseiten des LSI-Chips und des Dünnschichtkondensators lassen sich jedoch zufrieden stellend innerhalb der Dickengrenzwerte nach der Erfindung im Verhältnis zur Kartendicke anordnen.

Im Einzelnen können die Ober- oder Unterseite der integrierten Dünnschicht-Schaltung, des Dünnschichtkondensators oder der Spule zufrieden stellend innerhalb von 55 &mgr;m über oder unter der neutralen Fläche der Karte angeordnet werden, sofern die Dicke der fertigen Karte 760 &mgr;m oder weniger beträgt, oder innerhalb von 9,5 &mgr;m über oder unter der neutralen Fläche der Karte, sofern die Dicke der fertigen Karte 500 &mgr;m oder weniger beträgt, oder innerhalb von 2 &mgr;m über oder unter der neutralen Fläche der Karte, sofern die Dicke der fertigen Karte 250 &mgr;m oder weniger beträgt.

Beispiel 5

16 zeigt ein weiteres Beispiel nach der vorliegenden Erfindung.

Der Dünnschichtkondensator kann möglicherweise mit verschiedenen Regelfunktionen versehen sein. Im Einzelnen werden wie vorstehend beschrieben SOI-Wafer und das bekannte Halbleiterverfahren verwendet, um den Schaltungsteil 323 und den Kondensatorteil 324 in einem Dünnschichtkondensator 322 nebeneinander vorzusehen, wobei verschiedene Regelfunktionen in einem Chip untergebracht werden können und eine hohe Leistung bei niedrigen Kosten erreicht werden kann. Das Schaltungsteil 323 kann zum Beispiel für die Datenspeicherung in drahtlosen Karten verwendet werden.

Beispiel 6

17 zeigt ein weiteres Beispiel nach der vorliegenden Erfindung. Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden Dünnschichtelemente wie zum Beispiel ein Kondensator-Chip zwischen zwei Kartenplatten angeordnet, um eine Karte herzustellen, weshalb die Kartenoberfläche sehr eben ist. Eine Karte mit herkömmlichen dicken Bauelementen ist biegeempfindlich und auf ihrer Oberfläche können Höhenunterschiede von bis zu 150 &mgr;m entstehen, so dass es schwierig ist, die Karte eben zu gestalten, sofern der Unterschied nicht auf 30 &mgr;m verringert wird, was für druckempfindliche Druckverfahren wesentlich ist. Um daher die Oberfläche eben zu machen, muss der Aufbau so präzise sein, dass die Kosten dafür letztlich steigen.

Nach der vorliegenden Erfindung sind jedoch verschiedene Elemente wie zum Beispiel ein Kondensator-Chip sehr dünn, und die Oberfläche ist eben und flach, wie vorstehend beschrieben. Wie in 17 gezeigt, kann daher bei dem vorliegenden Beispiel das Dünnschichtelement 326 unter dem Bild 327 angeordnet werden, wodurch der Freiheitsgrad verbessert wird.

Beispiel 7

18 zeigt den Querschnitt einer Karte, deren Oberfläche bedruckt wird. Das Druckmaterial 328 wird so aufgebracht, dass das Material über dem Dünnschichtelement 332 hängen oder gehalten werden kann. Bei diesem Aufbau ist das Dünnschichtelement 332 so dünn und in ein Haftmittel 331 eingebettet, und die obere Deckfolie 329 und die untere Deckfolie 330 sind mit dem Haftmittel 331 aneinander gebondet. Dadurch wird eine flache, ebene Oberfläche erhalten.

Auch wenn eine Druckwalze die Oberkante des Dünnschichtelements 332 erreicht, wird daher der Druck verteilt, ohne dass es zum Bruch des Dünnschichtelements 332 kommt. Auf die obere Deckfolie 329 oder die untere Deckfolie 330 kann zum Beispiel ein Foto des Karteninhabers gedruckt werden. In diesem Fall wird der Teil des Fotos vorsichtig behandelt, so dass das Dünnschichtelement 332 je nach Verwendungszweck an jeder gewünschten Stelle angeordnet werden kann.

19 zeigt eine Draufsicht des planen Aufbaus der in 18 gezeigten Karte, wobei das Druckmaterial 328 einen vorbestimmten Druck über dem auf der Karte 333 angeordneten Dünnschichtelement 332 bewirkt. Nach herkömmlichen Verfahren ist das Dünnschichtelement 332 in einem solchen Aufbau häufig gebrochen. Bei dem vorliegenden Beispiel ist jedoch das Dünnschichtelement 332, wie vorstehend beschrieben, so extrem dünn, dass ein vorbestimmter Druck ohne Bedenken hinsichtlich eines Bruchs erfolgen kann. Eine Karte mit einem wenig komplexen, sondern vielmehr einem einfachen Aufbau könnte hergestellt werden.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, können nach der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile erzielt werden:

  • 1. Hohe Zuverlässigkeit, weil keine Bedenken hinsichtlich eines Bruchs aufgrund des Biegens bestehen.
  • 2. Problemlose Herstellung zu niedrigen Kosten dank des einfachen Aufbaus.
  • 3. Weil der Kondensator extrem dünn ist, können die Platte und der Kondensator mit einer leitfähigen Paste verdrahtet werden, was in niedrigeren Kosten und darüber hinaus in einer flachen, ebenen Oberfläche resultiert.
  • 4. Ein sehr dünner Kondensator kann unter Verwendung eines SOI-Wafers hergestellt werden, wobei eine geringere Gefahr des Bruchs aufgrund des Biegens besteht.


Anspruch[de]
  1. Halbleitervorrichtung, aufweisend:

    eine flexible erste Kartenplatte (36, 117, 317, 329) und eine flexible zweite Kartenplatte (39, 118, 318, 330), die unter einem gegebenen Abstand einander zugewandt angeordnet sind, und

    eine integrierte Schaltung (312, 323), einen Kondensator (114, 303, 324) und eine Spule (115, 305), die alle zwischen der ersten und der zweiten Kartenplatte ausgebildet sind,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    die Dicke der integrierten Schaltung des Kondensators und der Spule 110 &mgr;m oder weniger beträgt, und

    die obere und die untere Fläche der integrierten Schaltung des Kondensators und der Spule innerhalb von 55 &mgr;m oberhalb und unterhalb der neutralen Fläche der Halbleitervorrichtung angeordnet sind, wenn diese eine Dicke von 0,76 mm, oder weniger aufweist, aber innerhalb von 9,5 &mgr;m oberhalb und unterhalb der neutralen Fläche der Halbleitervorrichtung angeordnet sind, wenn diese eine Dicke von 0,5 mm oder weniger aufweist, und innerhalb von 2 &mgr;m oberhalb und unterhalb der neutralen Fläche der Halbleitervorrichtung angeordnet sind, wenn diese eine Dicke von 0,25 mm oder weniger aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, deren Dicke 760 &mgr;m oder weniger beträgt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der integrierten Schaltung, des Kondensators und der Spule 19 &mgr;m oder weniger und die Dicke der Halbleitervorrichtung 500 &mgr;m oder weniger beträgt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der integrierten Schaltung, des Kondensators und der Spule 4 &mgr;m oder weniger und die Dicke der Halbleitervorrichtung 150 &mgr;m oder weniger beträgt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Halbleitervorrichtung 50 &mgr;m oder mehr beträgt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der integrierten Schaltung, des Kondensators und der Spule 0,1 &mgr;m oder mehr beträgt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die integrierte Schaltung, der Kondensator und die Spule an einem Ort innerhalb von 55 &mgr;m oberhalb und unterhalb der neutralen Flächen der ersten und der zweiten Kartenplatte angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die integrierte Schaltung, der Kondensator und die Spule auf den neutralen Flächen der ersten und der zweiten Kartenplatte angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die integrierte Schaltung, der Kondensator und die Spule über eine leitfähige Substanz (304) elektrisch miteinander verbunden sind.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die leitfähige Substanz eine leitfähige Paste oder ein anisotropes leitfähiges Haftmittel ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste und die zweite Kartenplatte über eine Haftschicht (119, 314, 331) ohne Leitfähigkeit aneinander gebondet sind und die integrierte Schaltung, der Kondensator und die Spule mittels der Schicht des anisotropen leitfähigen Haftmittels einzel an einem vorgegebenen Ort befestigt sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei auf der ersten und der zweiten Kartenplatte ein Verstärkungsfilm (313, 316) mit einem härteren Material als die erste und die zweite Kartenplatte angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwischen der Oberfläche des Verstärkungsfilms und den Oberflächen der ersten und der zweiten Kartenplatte keine wesentliche Höhendifferenz besteht.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spule eine Funktion zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft bei Empfang einer elektromagnetischen Welle von außen aufweist, um dem Kondensator Energie zuzuführen.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spule eine Funktion zur Übermittlung von Dateninformationen an den Kondensator aufweist, die von außen zugeführt werden.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spule eine Funktion zur Übermittlung von Daten in Form einer elektromagnetischen Welle vom Kondensator nach außen aufweist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spule mittels eines Druckvorgangs ausgebildet ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die integrierte Schaltung, der Kondensator und die Spule in einem Kreis (321) angeordnet sind, dessen Mittelpunkt am Mittelpunkt der ebenen Flächen der ersten und der zweiten Kartenplatte liegt und der einen Durchmesser gemäß der Länge der kurzen Seite der ersten und der zweiten Kartenplatte aufweist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei auf der Oberfläche der Kartenplatte ein Bild aufgedruckt ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine kontaktlose Karte ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine Kontakt-Karte ist.
  22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung und der Kondensator auf einem einzigen Chip ausgebildet sind.
Es folgen 11 Blatt Zeichnungen






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