专利名称：采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法
技术领域：
本发明属于智能卡及其模块制造技术领域，具体涉及一种采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法。
背景技术：
智能卡面世以来，历经数十年的发展，形成了其独特的加工工艺。目前用得最广泛的是把芯片先封装成模块，再把模块植入到卡基上。由于智能卡的技术发展是延续磁卡的技术标准ISO7816，其外观尺寸为85.60mm×53.98mm×0.76mm，只有名片大小。特别是Plug-in尺寸的SIM卡，更是只有25mm×15mm×0.76mm尺寸。
在智能卡上，进行IC卡的加工制作，受到卡片尺寸的限制。智能卡芯片的封装工艺与主流半导体封装工艺不同，采用了一种称作软包封的特殊工艺。软包封工艺有四个特点第一是采用单面覆铜的树脂或者玻璃纤维条带作为模块封装的载带，并在树脂层面上预留用于芯片与铜箔触点的电气连接位置；第二是采用特殊封胶材料和封胶工艺，用UV胶(紫外照射固化胶)或者热固化胶(黑胶)，这二种胶在常温下都是胶黏态，在涂敷到芯片表面后，采用UV紫外线照射(UV胶)或者高温烘烤(黑胶)使之固化；第三是在封装工艺过程中，一般不用模具，而是用针管注射方式，直接将胶体涂敷到芯片表面上，把贴在单面覆铜条带上的芯片和焊接的金丝包封起来做成模块，而且一般都只封装一颗芯片；第四是包封模块的面积小于条带的有效面积，因为条带上要留出部分面积用于粘贴在卡体上。
随着智能卡应用技术和芯片设计技术的发展，智能卡的应用技术内涵已经突破了传统，发展到复杂的芯片功能，甚至是多芯片和电子元件组合系统。这对传统的智能卡模块所使用的软封装技术提出了极大的挑战，软封装原有的特点反而面临着很大的局限性第一是单面覆铜的条带智能用于与芯片之间非常简单的电气连接，难以满足多芯片之间数十甚至上百条引线的布线要求；第二是UV胶(紫外照射固化胶)或者热固化胶(黑胶)的封装方式，封装面积和封装强度方面都较弱，因胶体的流动性很大，对产品的外观控制困难，封装后的模块的厚度、直径的一致性很差，对后道制卡工艺带来了麻烦，且固化密度较低，无法对多芯片和金丝焊线进行有效的长期保护；第三是包封模块的面积小于条带的有效面积，因为条带上要留出部分面积用于在卡体上进行粘贴，浪费了本来就很有限的空间，难以满足多芯片系统对封装面积的要求。因此，必须要寻找新的方法实现多个芯片复杂系统的智能卡模块的封装制作。
发明内容
本发明的目的在于针对上述智能卡传统加工方法的局限性，提出了采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，从而实现了多个芯片复杂系统的智能卡模块的封装制作，使得智能卡在外部尺寸不变的情况下，内部功能及性能得以实现重大突破。
本发明的技术方案如下采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，包括如下步骤(1)根据芯片和元件组合之间的逻辑连接关系，设计并制作双面PCB基板或者多层PCB基板；(2)采用表面贴装工艺将表面贴装元件逐一贴装在PCB基板上预先设计的元件位置，过回流焊使之固化；(3)用贴片胶将芯片逐一贴装在PCB基板上预先设计的芯片位置，并把芯片上的焊盘和PCB基板上的相关信号线焊接在一起；(4)将包含矩形腔体的塑封模具置于PCB基板加工位置上，把所要塑封的元件、芯片以及焊线完全覆盖起来，将塑封料灌入模具腔体，使之填充满芯片、元件和模具之间的空隙，并加热使之固化，形成多芯片和表面贴元件组合的智能卡模块；(5)将塑封后的模块用设计好形状的冲切工具，冲切出所需要的外部形状；(6)根据模块形状和尺寸，在智能卡卡体规定位置上铣出与被贴装模块尺寸一致的矩形槽体；(7)采用冷胶或者热融胶工艺，将塑封封装的模块植入到智能卡片的槽体中；(8)在已经封装好的智能卡片上根据标准尺寸冲切出Plug-in SIM卡形状。
进一步，如上所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，步骤(1)中所述双面PCB基板包括触点面铜箔、树脂层、焊点布线面铜箔、连接各层布线的过孔；所述多层PCB基板包括触点面、树脂层、布线层、绝缘层、焊点布线层、连接各层布线的过孔。不论是双面还是多层PCB基板的总体厚度均须控制在0.16-0.24mm之间。
进一步，如上所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，步骤(4)中模具的矩形腔体为直角矩形或圆角矩形。
进一步，如上所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，步骤(5)中的冲切方式可以用激光切割方式替代。
另一种采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，包括如下步骤(1)根据芯片和元件组合之间的逻辑连接关系，设计并制作双面PCB基板或者多层PCB基板；(2)采用表面贴装工艺将表面贴装元件逐一贴装在PCB基板上预先设计的元件位置，过回流焊使之固化；(3)用贴片胶将芯片逐一贴装在PCB基板上预先设计的芯片位置，并把芯片上的焊盘和PCB基板上的相关信号线焊接在一起；(4)将包含与Plug-in SIM卡的尺寸和外形标准相一致的矩形腔体的塑封模具至于PCB基板加工位置上，把所要塑封的元件、芯片以及焊线完全包封起来，将塑封料灌入模具腔体，使之填充满芯片、元件和模具之间的空间，并加热使之固化，形成多芯片和表面贴元件组合的智能卡模块；(5)对塑封后的卡体进行加工，冲切出所需要的外部形状。
进一步，如上所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，步骤(1)中所述双面PCB基板包括触点面、树脂层、焊点布线面、连接各层布线的过孔；所述多层PCB基板包括触点面、树脂层、布线层、绝缘层、焊点布线层、连接各层布线的过孔。不管是双面还是多层PCB基板的总体厚度均须控制在0.16-0.24mm之间。
进一步，如上所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，步骤(4)中一个模具上包含有多个矩形腔体。
进一步，如上所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，步骤(5)中的冲切方式可以用激光切割方式替代。
本发明采用双面PCB基板或多层PCB基板设计，可以满足多芯片和元件之间大量引线的布线要求，实现多个芯片和元件之间的电气连接。另外，由于采用模块塑封方式，用模具封装，对模块的外观进行控制，保证了模块外形的稳定、规则，从而确保封装外形精度和模块的质量稳定。产品外形一致性更高，对后道制卡工序带来了很大的便利。而且PCB板与元件、芯片统一封装，节约了用于与卡体粘贴的面积，为增加元件、芯片扩展了一定的空间。
图1为将多芯片和元件组合封装成智能卡的横截面示意图。
图2为双面PCB基板横截面示意图。
图3为智能卡信号接触点位置示意图。
图4为触电电极区示意图。
图5为芯片和元件的贴焊位置示意图。
图6a为直角矩形腔体模块塑封面示意图。
图6b为圆角矩形腔体模块塑封面示意图。
图7为在卡体上铣出放置智能卡的槽体位置图。
图8为模块植入示意图。
图9为在已经封装好的智能卡片上冲剪出SIM卡形状示意图。
图10为Plug-in SIM智能卡封装后在PCB板上排列示意图。
图11为4层PCB基板横截面示意图。
图中，1.PCB基板、2.贴片元件、3.芯片、4.塑封材料、5.金丝、6.触点面、7.树脂层、8.焊点布线面、9.过孔、10.元件位置、11.芯片位置、12.智能卡模块、13.卡体、14.槽体、15.Plug-in SIM智能卡、16.触点面、17.树脂层、18.布线层、19.绝缘层、20.布线层、21.树脂层、22.焊点布线层、23.过孔具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1将多芯片和元件组合封装成智能卡如图1所示，主要包括PCB板1、元件2、芯片3、塑封材料4。制作方法步骤如下(1)设计制作双面PCB基板PCB基板的主要功能是提供板上各个元器件之间的相互电气连接，在板的表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线(conductor pattern)或称布线。双面板(Double-Sided Boards)两面都有布线。两面的导线通过过孔(via)对两面的导线进行连接。因为双面板的布线可以互相交错(可以绕到另一面)，适合用在较为复杂的电路上。双面PCB基板的厚度为0.20mm，所布走线非常细密，焊盘面积和间距都非常小，一般在几十微米之间，已达到PCB设计和加工尺寸的极限，但在设计时PCB板需提供触点面6、树脂层7、焊点布线面8、过孔9来实现智能卡内部各元器件之间的连接或与外部设备的连接，双面PCB基板横截面如图2所示。触点面需根据ISO/IEC7816标准规定的尺寸位置，如图3所示，具体尺寸见表1，提供8个触点电极区，如图4所示。
表1接触点位置尺寸表
(2)贴装SMT元件用导电胶将元件2逐一贴装在PCB基板焊点布线面8上预先设计的元件位置10，过回流焊使之固化，见图1、图5。
(3)贴装、焊接芯片用贴片胶将芯片3逐一贴装在PCB基板焊点布线面8上预先设计的芯片位置11，并用金丝5把芯片上的焊盘和PCB基板上的相关信号线焊接起来。见图1、图5。
(4)模块塑封为能方便植入0.8mm厚的卡体上，塑封后的模块总厚度宜为0.60mm，双面PCB基板的总体厚度为0.2mm，则模块塑封厚度为0.4mm，所设计出包含矩形腔体的塑封模具内部矩形腔体的高度应为0.4mm。采用塑封工艺技术和设备，将模具至于PCB基板1加工位置上，把所要塑封的元件2、芯片3以及金丝5完全包封起来，将塑封料4(半导体器件塑封料一般是细微颗粒状的树脂粉末)灌入模具腔体，使之填充满芯片、元件和模具之间的空间。并加热使之固化，形成有8个符合ISO/IEC7816标准触点并且集成了多芯片和表面贴元件组合的智能卡模块；为了充分扩展模块的可利用空间，将传统模块上涂胶的条带范围都塑封在模块中，形成矩形模块，可以获得最大的封装空间，以便包封更多的芯片和元件。模具的矩形腔体可以设计成直角矩形，也可以设计成圆角矩形(一般在卡体上用铣刀铣出的槽体为圆角矩形)，如图6a、6b所示。
(5)模块切割塑封后的模块，用设计好形状的冲切工具(或者用激光切割)，从PCB基板1上冲切下来并冲切出所需要的外形形状。
(6)智能卡体制作根据模块形状和尺寸，在卡体13规定位置上铣出与被贴装模块形状尺寸一致的槽体14，如图7所示。
(7)模块植入采用与常规智能卡植入工艺相同的工艺方法(冷胶或者热融胶工艺均可)，将塑封封装的模块12植入到智能卡片的槽体14中，见图8。冷胶工艺是在事先铣好的槽中滴入液态快干胶滴，将模块放入槽中，在模块上部用压铁施加一定压力，使模块和卡体粘接牢固；热胶工艺则是在模块上粘贴好胶条，把模块放入铣好的槽中，模块上部用加热的压铁压住，使模块和卡体粘接牢固。
(8)SIM卡形状冲剪在已经封装好的智能卡片上根据标准尺寸冲剪出SIM卡15形状，如图9所示。
实施例2将多芯片和元件组合直接封装成智能卡如图1所示，主要包括PCB板1、元件2、芯片3、塑封材料4。制作方法步骤如下(1)设计制作4层PCB基板为了增加可以布线的面积，可采用多层板(Multi-Layer Boards)，例如4层PCB板，4层板是在双面板的基础上内部增加二层布线层，每层布线层间加入一层树脂层，PCB基板表面的细小铜箔线路因为布线可以互相交错(可以绕到另一面)，适合用在更为复杂的电路上。考虑到塑封卡整体厚度尺寸需符合ISO/IEC7816标准规定的0.8mm，也考虑到芯片本身的厚度，故PCB基板的厚度控制在0.16-0.24mm之间。在设计时4层PCB基板需提供触点面16、树脂层17、布线层18，绝缘层19、布线层20、树脂层21、焊点布线层22、过孔23。实现智能卡内部元器件之间或与外部设备的连接，如图11所示。触点面需根据ISO/IEC7816标准及GSM11.11标准规定的尺寸位置，提供8个触点电极区。预留8个触点形状样式可多变，如SIM卡触点面表面全部镀金，或者SIM卡触点面只露出8个满足标准最小尺寸的触点，其余部分用阻焊剂涂覆。
(2)贴装SMT元件用导电胶将元件2逐一贴装在PCB基板焊点布线面22上预先设计的元件位置10，过回流焊使之固化；见图1、图5；(3)贴装、焊接芯片用贴片胶将芯片3逐一贴装在PCB基板焊点布线面20上预先设计的芯片位置11，并用金丝5把芯片上的焊盘和PCB基板上的相关信号线焊接起来。见图1、图5；(4)模块塑封设计制作包含矩形腔体的塑封模具，其中矩形腔体的尺寸和外形与Plug-in SIM卡(ID-000卡)的标准一致，一个模具上包含的腔体数目，可依据塑封设备的有效载荷情况而定；将模具把所要塑封的元件2、芯片3以及金丝5完全包封起来，灌入客户指定颜色的塑封材料4(半导体器件塑封料一般是细微颗粒状的树脂粉末)，填充满芯片、元件和模具之间的空间。加热使之固化，形成有8个符合ISO/IEC7816标准触点并且集成了多芯片和表面贴元件的Plug-in SIM卡(ID-000卡)。为了充分利用业界标准的Plug-in SIM卡的尺寸空间，尽量扩展智能卡可利用空间，采用全尺寸塑封的方法，可以获得最大的封装空间，以便包封更多的芯片和元件。塑封料中可以加注各种填加剂，以便获得客户指定的颜色，形成不同彩色的卡，如图10所示。
(5)模块切割塑封后的模块，可从PCB基板1上冲切下来，则可得到所要的Plug-in SIM卡。
本发明所述的方法并不限于具体实施方式
中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
权利要求
1.采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，包括如下步骤(1)根据芯片和元件组合之间的逻辑连接关系，设计并制作双面PCB基板或者多层PCB基板；(2)采用表面贴装工艺将表面贴装元件逐一贴装在PCB基板上预先设计的元件位置，过回流焊使之固化；(3)用贴片胶将芯片逐一贴装在PCB基板上预先设计的芯片位置，并把芯片上的焊盘和PCB基板上的相关信号线焊接在一起；(4)将包含矩形腔体的塑封模具置于PCB基板加工位置上，把所要塑封的元件、芯片以及焊线完全覆盖起来，将塑封料灌入模具腔体，使之填充满芯片、元件和模具之间的空隙，并加热使之固化，形成多芯片和表面贴元件组合的智能卡模块；(5)将塑封后的模块用设计好形状的冲切工具，冲切出所需要的外部形状；(6)根据模块形状和尺寸，在智能卡卡体规定位置上铣出与被贴装模块尺寸一致的矩形槽体；(7)采用冷胶或者热融胶工艺，将塑封封装的模块植入到智能卡片的槽体中；(8)在已经封装好的智能卡片上根据标准尺寸冲切出Plug-in SIM卡形状。
2.根据权利要求1所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，其特征在于步骤(1)中所述双面PCB基板包括触点面铜箔、树脂层、焊点布线面铜箔、连接各层布线的过孔；所述多层PCB基板包括触点面、树脂层、布线层、绝缘层、焊点布线层、连接各层布线的过孔。
3.根据权利要求2所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，其特征在于所述双面PCB基板或者多层PCB基板的总体厚度均控制在0.16-0.24mm之间。
4.根据权利要求1或2或3所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，其特征在于步骤(4)中模具的矩形腔体为直角矩形或圆角矩形。
5.根据权利要求1或2或3所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，其特征在于步骤(5)中的冲切方式可以用激光切割方式替代。
6.采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，包括如下步骤(1)根据芯片和元件组合之间的逻辑连接关系，设计并制作双面PCB基板或者多层PCB基板；(2)采用表面贴装工艺将表面贴装元件逐一贴装在PCB基板上预先设计的元件位置，过回流焊使之固化；(3)用贴片胶将芯片逐一贴装在PCB基板上预先设计的芯片位置，并把芯片上的焊盘和PCB基板上的相关信号线焊接在一起；(4)将包含与Plug-in SIM卡的尺寸和外形标准相一致的矩形腔体的塑封模具至于PCB基板加工位置上，把所要塑封的元件、芯片以及焊线完全包封起来，将塑封料灌入模具腔体，使之填充满芯片、元件和模具之间的空间，并加热使之固化，形成多芯片和表面贴元件组合的智能卡模块；(5)对塑封后的卡体进行加工，冲切出所需要的外部形状。
7.根据权利要求6所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，其特征在于步骤(1)中所述双面PCB基板包括触点面、树脂层、焊点布线面、连接各层布线的过孔；所述多层PCB基板包括触点面、树脂层、布线层、绝缘层、焊点布线层、连接各层布线的过孔。
8.根据权利要求7所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，其特征在于所述双面PCB基板或者多层PCB基板的总体厚度均控制在0.16-0.24mm之间。
9.根据权利要求6或7或8所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，其特征在于步骤(4)中一个模具上包含有多个矩形腔体。
10.根据权利要求6或7或8所述的采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法，其特征在于步骤(5)中的冲切方式可以用激光切割方式替代。
全文摘要
本发明属于智能卡及其模块制造技术领域，具体涉及一种采用塑封工艺将芯片和元件组合封装成智能卡的方法。该方法设计制作双面PCB基板或者多层PCB基板，采用新的封装工艺技术，将多个芯片和元件组合塑封成智能卡模块并制作成Plug－in SIM卡，或者把多个芯片和元件组合直接塑封成Plug－in尺寸SIM卡。本发明实现了多个芯片复杂系统的智能卡模块的封装制作，使得智能卡在外部尺寸不变的情况下，内部功能及性能得以实现重大突破。
文档编号H01L21/60GK1952958SQ200610114738
公开日2007年4月25日 申请日期2006年11月22日 优先权日2006年11月22日
发明者于赓, 孙军洲, 支军, 王鹿童, 蔡卫华 申请人:凤凰微电子(中国)有限公司