CN104798087B - 具有三维通信接口的电子模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子模块（16）的制造方法，所述电子模块（16）包括连至天线（2）的集成电路芯片（7），所述方法包括以下步骤：‑实现一种模块，所述模块包括（一个或多个）电互连区（34A,34B），连至互连区的芯片（7）和至少覆盖芯片并且部分地覆盖所述互连区的保护物（12），连至芯片并且被布置在芯片上方的射频天线（2）。所述方法的不同之处在于其包括一个步骤，所述步骤将天线（2）的全部或部分或其到互连区（34A,34B）的连结轨迹（32,33）通过三维直接实现在保护物（12）上。

Description

具有三维通信接口的电子模块

技术领域

本发明涉及一种电子模块，其包括被连接到尤其是具有射频天线的三维通信接口的集成电路芯片。

本发明尤其涉及电子媒介的领域，诸如具有接触和/或没有接触的芯片卡、或混合卡、射频票券或标签、射频发射应答器、集成或构成这样的模块的插入物（或嵌入物）。

这样的电子媒介可以尤其符合ISO/IEC 14443或ISO 78016标准。

在优选的应用中，模块可以是混合类型的，其具有：具有电接触和具有射频天线的接口。本发明的模块可以仅仅是具有天线的模块。其还可以包括无源或中继（relais）天线，以用于增大射频通信的范围。无源天线和/或模块可以优选地被置于芯片卡的主体中，而且还有任何其它的设备中，例如以可移动或接合形式的电话。

背景技术

已知电子模块的制造方法，所述电子模块包括连至天线的集成电路芯片。该方法包括-实现一种模块，其包括电互连区、连接到互连区的芯片和至少覆盖芯片和部分地覆盖所述互连区的保护物、连至芯片并且被布置在芯片之上的射频天线。这样的模块在专利FR2743649 B1中进行了描述。平面螺旋类型的天线被实现在绝缘基底的一面上，而另一面可以包括具有电接触的接口。

文档DE-A-43 11 493描述了用于制造以卡的格式的标识单元的组装单元。根据第一实施例，芯片卡的模块包括支撑（support），所述支撑承载了集成电路芯片。有线线圈置于芯片之上，在具有接触的模块的后方，以使得给予模块没有接触的标识能力。天线很可能地被实现在（卷绕在）模块的外部，然后被联系在其上。天线的表面非常有限并且并不看似使得能够实现大范围的通信。有线的天线、其转移（report）和其连接的实施没有被解释并且并不看似容易。

技术问题。

如在专利FR 2 743 649中描述的标准双面类型的模块或基底，在其相对的两面上承载了具有接触和具有天线的通信接口并且具有互连的导体通路，是复杂的并且实现起来是繁重的。

此外，为了最优的性能，每个射频芯片需要特定设计的天线和因此的专用于其的特定双面基底。有必要为每个芯片开发不同的双面基底，并且因此不同模块或基底的储备要根据每个芯片来管理。

本发明的目的是减少制造的成本或步骤，而同时使得能够实现用于根据可用芯片来调整射频通信范围的灵活性。

发明内容

本发明在于向可以是单面或双面的标准模块添加天线或螺旋圈。优选地，附加的螺旋圈通过导体材料的印刷、材料的喷射等等被添加。

本发明的目的因此在于一种电子模块（16）的制造方法，所述电子模块（16）包括连至天线的集成电路芯片，所述方法包括以下步骤：

-实现一种模块，其包括电互连区、连接到互连区的芯片和至少覆盖芯片和部分地覆盖所述互连区的保护物、连至芯片并且被布置在芯片之上的射频天线；

所述方法的不同之处在于，其包括这样的步骤：将天线的全部或部分或者其到互连区的连结轨迹（piste）以三维直接实现在保护物上。

根据值得注意的其它特征：

-天线通过材料的印刷、尤其是喷射（导体墨的喷射）而被实现；

-天线部分地在保护物（尤其是涂层的材料）上以第一水平伸展并且部分地在保护物的至少一个侧面上伸展直到位于与第一水平不同的第二水平处的互连区段（plage）/轨迹；

-互连轨迹连至被布置在绝缘基底上的补充的天线螺旋圈；

-轨迹被连至三维天线或者构成对三维天线进行补充的天线螺旋圈；

-三维天线尤其是相对于至少部分地被包含在涂层材料中的发射应答器而构成中继天线；

本发明的目的还在于包括或构成根据所述方法所获得的模块的射频设备。

附图说明

-图1-2图示了分别通过俯视图和按照A-A的剖视图的现有技术的芯片卡的模块；

-图3是根据本发明的模块的俯视图；

-图4是图3的部分剖视图；

-图5是基本上如图3但是图示了另一实施例的部分剖视图，所述另一实施例具有金属化的双面模块以及具有补充的螺旋圈。

具体实施方式

在附图中，相同的参考标记指示等同或类似的元件。

图1图示了通过俯视图和通过A-A剖面图的现有技术的集成电路芯片卡的模块1。其包括在介电或绝缘（尤其是LFCC（层压的引线框）类型的或蚀刻类型的）支撑3上的天线2、转移在绝缘支撑上或接触区段上的至少一个集成电路芯片7。由螺旋圈26形成的天线2此处在支撑上并且基本上在相同平面中被卷成螺旋形。

模块还包括连接15，以用于通过焊接的线而将芯片接点连接到由支撑所承载的互连区（尤其是电接触的导体轨迹或区段）；模块包括通过以滴的形式而沉积的涂层树脂的芯片和/或其连接的涂层（未表示）。芯片的连接通过穿过支撑中的穿孔23的有线连接而实现。

在图3中，本发明预备了电子模块16的制造方法，所述电子模块16包括集成电路芯片7，所述集成电路芯片7连至由螺旋形的螺旋圈4所形成的天线2。

所述方法预备实现模块16的第一步骤，所述模块16包括电互连区26（区段/轨迹）、连接到互连区的芯片7和机械保护物12，所述机械保护物12至少覆盖芯片和部分地覆盖所述互连区。

互连区可以构成或形成由模块所承载的电轨迹或区段的部分。绝缘基底此处在本示例中在与保护物相对的外面上承载了电接触区段26。互连区此处形成这些区段的部分。其穿过基底3中的挖空部分而显现。

保护物是机械类型的并且尤其可以包括或构成罩，“坝和填充（dam and fill）”类型的树脂，尤其是UV硬化的并且呈现树脂环以及通过另一树脂对环的填充。保护物可以包括被布置在涂层上的绝缘圆片（pastille）。

为了获得螺旋圈或轨迹的最佳形式，优选的封装方法可以是顶上置有加强的平坦圆片的树脂滴或复制模型（surmoulage），以便获得平坦的顶峰。然而，三维3D印刷使得能够在标准顶峰上形成天线，所述顶峰以圆顶、通过树脂来填充环（坝&填充）的类型的树脂滴或者保护物/封装的形式。

在本示例中，通过涂层12而获得机械保护，所述涂层12优选地通过以下而获得：通过复制模型和/或以使得具有基本上平面的S涂层的上表面。

为了使得能够实现天线2与互连区的连接，保护物的倾斜角可以被正确地限定。利用复制模型，该参数由模型的形式来限定。

根据方法的第二步骤，实现一种射频天线2，其连至芯片和布置在芯片之上（与接触区段相对），这根据图3的坐标系XYZ中的Y，以使得具有在天线2和接触区段26之间的芯片。

根据该实施例的特性，所述方法包括一个步骤，其将三维天线（2）的全部或部分或者其到互连区34A、34B的连结轨迹（32）直接实现在芯片7的保护物12上。

通过三维天线2（以三维的），理解到以下事实：在根据垂直于接触区段的纵坐标Y的若干水平N1、N2上实现天线的全部或部分，这优选地通过导体材料的印刷或分布，尤其是通过连续喷射的喷墨头的喷嘴或开口或者通过根据压电、热学技术的按需滴注，又或通过阀。

天线的一部分可以直接实现在模块上（例如通过喷溅，而一部分可以被联系（例如在圆片或罩上））。

在本示例中，天线2部分地在保护物12的材料上以第一水平N1伸展，并且部分地伸展在保护物材料的至少一个侧面上直到互连区段/轨迹34A、34B，其位于按照高程差h而不同于第一水平的第二水平N2处。

在极端水平N1、N2之间的差（或高程差h）例如被包括在0.2和0.6mm之间。在图3的实施例中，该高程差在现实中将可以是0.55mm（针对0.58mm厚度的模块减去大约为0.030mm的接触面的铜制金属化厚度）。并且在图5的实施例中，该高程差在现实中将可以是0.38mm（针对0.58mm厚度的模块减去大约0.2mm的双面膜的厚度）。

仍然在图3上，在本示例中，天线2的螺旋圈4被实现在保护物12的涂层的平坦顶峰（S）上并且天线的连结轨迹伸展在涂层（或涂层的侧面）的横向斜面上，直到天线的互连区/区段/轨迹34A、34B、26。然而，顶峰（S）可以不是平坦的，诸如圆形部分或以火山口的形式。

天线的互连区34A、34B在此通过位于模块的接触区段（诸如区段26）的反面的表面的一部分实现。该部分通过支撑膜3中的开口或穿孔可到达。

芯片连接到接触区段/互连区，这通过支撑膜3中的开口/穿孔23。这尤其避免具有双面类型（双金属化）的支撑膜。

模块的外侧/外观侧此处仍然是不变的，于是使得能够保留良好的外形并且具有良好的机械/侵蚀抗性。“引线框”裸露模块是传统/标准类型的。

接触部是通过冲压和轧制在介电基底上的铜或铜片材的蚀刻形成的。接触部通过Ni/Cu、Ni/Au或Ni/Pd或无论什么等同物类型的表面涂层而被处理。

于是，根据该实施例的发明在于向芯片的保护物上的单面标准模块添加天线或螺旋圈。所述方法因此预备预先借助于标准操作（尤其是通过焊接线的连接15）实现芯片的传统连接和转移、尤其通过涂层（树脂滴或必要时顶上置有绝缘圆片/加固件的树脂滴）或复制模型或罩或等同物实现芯片的保护物。

根据该实施例的特征，天线的实现通过印刷，尤其是材料的喷射、导体墨的喷射，必要时通过丝网印刷、移印（tampographie）在平面部分（S）上，可能地通过材料的喷射来补充，以用于到互连区34A、34B的联结。印刷优选地是三维类型的以用于在表面的不同水平上实现图案。

必要时，可以使用印刷墨，其包括导体微粒。其可以包括絮状物或纳米微粒。导体微粒可以包括不同的金属：Ag、Cu、Au、Al、Ni。

在印刷之后，墨可以被干燥以用于消除全部溶剂并且然后被聚合化。该硬化步骤使得能够达成最佳的电导率值。在纳米微粒的情况下，所选的方法使得微粒能够达到烧结。这凭借红外炉、热空气隧道、微波处理或脉冲光系统而是可能的。

为了获得所期望的电导率和机械抗性，印刷和干燥操作可以被应用若干次以用于增大厚度。

如此形成的天线使得能够使模块配备有无接触的接口2，通过最后的操作、根据可用芯片的类型和/或必要通信范围。

该天线印刷可能需要：覆盖尤其用绝缘墨实现的螺旋圈4的绝缘桥29，以及要印刷的第二导体墨通道，以便在绝缘桥的上方实现导体桥31，以用于将天线2的内部螺旋圈经由互连区34B而连接到芯片。

在图5上，模块不同于前述之处在于模块的（金属化）导体互连区34A、34B位于支撑的反面上（与承载了接触区段的面相对的面），所述支撑此处是具有两个导体相对面的支撑。导体通路28可以使位于相对面上的金属化34A、34B或其它的相连。

可替换地，本发明还可以预备双面，其没有导体通路和/或没有对保护物上的进行补充的螺旋圈。

该实施例不同于前述的还在于其包括伸展在保护物外部的天线的部分或螺旋圈（UHF情况）。保护物外的天线的这些部分还可以应用在前述实施例上。

以一般的方式，在每个实施例上，连至射频芯片7的天线2可以单独使用或与也称作“RF放大器（booster）”的“LC放大电路”或中继天线或无源天线相组合。

在单独使用的天线的情况中，其可以是RF、UHF、UWB或无论什么类型的频率的设计，尤其是从几MHz直到几GHz。

作为该图5上的选项，天线的螺旋圈36还可以覆盖位于芯片的封装或机械保护物12的外围处的模块表面。这些螺旋圈36可以被预形成为接触区段或通过印刷而形成在模块的任一面上。

螺旋圈36可以蚀刻在模块的后面上。必要时，可以创建在这些螺旋圈36上方或下方的另一绝缘桥，尤其是通过印刷，用以使得能够接合在支撑上形成的外部螺旋圈。这些补充的螺旋圈使得能够实现更大的匝数或对于几匝的更大表面。

在本示例中，通过两个系列的螺旋圈4、36所形成的关联的内部螺旋圈被连接到区34B，基本上如同图4中那样。天线2的外部螺旋圈4被连至互连区34A；该区34A然后被连至螺旋圈36的内部螺旋圈，以使得增大天线2的匝数；螺旋圈36的外部螺旋圈通过导体桥被连接到芯片，所述导体桥在螺旋圈36下方经由区段26和导体通路28和互连区34C而通到芯片。

必要时，本发明可以预备绝缘材料，其可以印刷在模块上、在保护物/封装周围，以用于覆盖并隔离剩余轨迹和尤其用于实现电解质沉积的可能的电流进口。

在每种情况中以有利的方式，一般可能的是提供与芯片卡的拆卸相对抗的反欺诈安全性。胶滴可以在根据本发明的模块的插入之前被沉积在卡的主体的空腔的底部；胶必要地粘附至天线2并且模块从其空腔的欺诈性的提取将造成已经印刷或实现在机械保护物12上的天线2的断裂或损坏（难以修补）。

根据一种特性，互连轨迹34A、34B可以已经预连至被布置在绝缘基底上的补充天线螺旋圈36。事实上，支撑3可以包括对三维天线2的螺旋圈进行补充的天线螺旋圈。

优选地，在前述实施例中描述的互连区段/轨迹/区34A、34B、26被绝缘基底承载。然而，本发明还预备不具有绝缘基底，互连的多样的区通过芯片保护物的罩或树脂而被承载或连在一起。

在本发明的第三实施例中，图3或5)的附加天线4，以下文的方式形成。在芯片7或其涂层的上方沉积加强的绝缘圆片或罩，其已经包括天线的螺旋圈或轨迹；然后在第二时间，实现通过圆片或罩而承载的螺旋圈或轨迹至驻留在模块上的互连区34A、34B的连接。连接可以通过任何已知手段（焊接等等）来进行，但是印刷优选用于操作灵活性。

必要时，如果我们希望模块的射频发射应答器用于以中继/无源天线来运转，则可能的是在模块上尤其在机械保护物上方和/或外围并且尤其通过印刷来实现中继天线。

根据未图示的另一实施例，前述实施例的三维天线2可以尤其相对于至少部分地被包含在机械保护物12中的发射应答器而构成中继天线。

可替换地，根据未图示的实施例，图5或3的模块16的螺旋圈36可以相对于由芯片7和天线2构成的发射应答器而在模块的外围构成无源天线。在该情况下，天线2将不连接到无源天线的螺旋圈36而是连接到芯片7，如在图3中那样。并且形成中继天线的补充螺旋圈36将连接到以诸如前述的任何形式的电容。

发射应答器可以仅仅是连至天线、尤其是蚀刻/印刷在芯片的面上的芯片。中继天线还可以实现在模块的反面（与承载了区段26的面相对的面）和/或在机械部分12上。

连至中继天线的电容可以在模块上预备，尤其是以表面装配的集成电路或电容器板的形式。中继天线可以经由互连区（类似于34A、34B）而连接到以例如布置在芯片7旁的电子芯片形式的电容。可替换地，区34A、34B可以形成具有由基底承载的导体区段26的电容。

以一般的方式，用于以中继天线而运转的射频发射应答器的天线可以要么由芯片承载、要么被承载在绝缘基底上。

三维天线可以在螺旋圈上包括一个或多个绝缘桥以用于在该绝缘桥之上或之下将内部螺旋圈带回向外部螺旋圈或反之亦然。

以下的描述更充分地描述了在考虑中继天线时本发明的射频模块的益处。在未图示的特定实施例中，为了增大没有接触的通信范围，任一实施例的模块的天线2优选地电磁耦合到无源天线。

无源天线可以被布置在卡或护照的主体中或读取器或任何射频设备中。必要时，天线被布置在便携式电话或个人电子助理中或其上，尤其是在箱体中。无源天线可以例如通过镶嵌的线、通过蚀刻、根据电子标签技术等等来实现。

无论是哪个实施例，具有或没有中继天线，本发明可以预备一些形式和/或连接、接触区段、焊接或连接区段以使得模块被适配用于在诸如移动电话或个人计算机（PDA）之类的任何电子设备上可移动或焊接在其上。

甚至在卡的主体上，模块可以被适配用于利用尤其是被置于贴合表面上的可重新定位的粘合剂而是可拆卸的。于是，支撑可以不超过机械保护物或涂层的表面。可以具有新规范3FF、4FF的缩减的格式。其可以适配有固定爪以用于被装配在印刷电路的表面上。

本发明提供相对于完整蚀刻的天线和导体通路的双面膜的更好的折衷的可靠性、模块外观、制造灵活性和成本。

被标准化用于生产的模块可以根据一般形式或模块来储备，并且其将被个性化，通过印刷被适配于每个芯片的不同特性的天线。具有与天线的双接口的模块的使用将使得能够显著地增加数据流量以用于个性化步骤并且因此降低成本。

所印刷的天线的设计使得能够在最后时刻调节天线：例如如果一批芯片呈现其值不同于对于生产所预备的标准化值的内部电阻，则本发明使得能够改变天线的螺旋圈的数目，以使得保持作为结果的谐振的相同频率。

本发明的另一益处在于以下事实：双接口的标准模块可以连接到如在现有技术中浸没在卡的主体中的天线，具有被更新或从卡的主体的外部或在插入期间可访问的连接区。卡的主体的天线与模块的互连可以通过任何手段来实现，尤其是利用银胶或者灵活的导体接点。

Claims (13)

1.一种用于制造电子模块（16）的方法，所述模块完全支撑电互连区（34A,34B），连接到所述互连区的芯片（7）和至少覆盖所述芯片并且部分地覆盖所述互连区的保护物（12），连至所述芯片的射频天线（2），

其特征在于，所述方法包括以下步骤：将所述天线（2）的全部或部分或其在所述互连区（34A,34B）处的连结轨迹（32,33）通过三维直接产生在所述保护物（12）上。

2.根据前项权利要求所述的方法，其特征在于，所述天线（2）通过印刷来实现。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述天线（2）通过材料的喷射来实现。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述天线（2）通过导体墨的喷射来实现。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述天线（2）部分地在所述保护物（12）上以第一水平N1伸展，并且部分地在所述保护物的至少一个侧面上伸展直到位于不同于第一水平的第二水平N2的所述互连区（34A,34B）。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述互连区（34A，34B）由绝缘基底（3）承载。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述互连区（34A，34B）连至被布置在绝缘基底上的补充的天线螺旋圈（36）。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述互连区（34A，34B）被连至三维天线（2）或构成对三维天线（2）进行补充的天线螺旋圈（36）。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述三维天线（2）相对于被至少部分地包含在所述保护物中的发射应答器而构成中继天线。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发射应答器的天线要么由所述芯片（7）承载，要么被承载在所述绝缘基底（3）上。

11.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，绝缘基底在与涂层相对的外面上承载了电接触区段（26）。

12.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，三维天线在螺旋圈上包括绝缘桥以用于在该绝缘桥之上将内部螺旋圈朝着外部螺旋圈带回。

13.一种射频设备，其包括或构成根据前述权利要求中任一项所述的方法所获得的模块。