Способ монтажа электронного компонента на подложке

Способ монтажа электронного компонента на подложке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области монтажа электронного компонента на изолирующем основании, называемом подложкой и содержащем множество проводящих дорожек. Этот способ может применяться при изготовлении приемопередатчиков в форме карт или электронных ярлыков, имеющих сравнительно небольшую толщину.

Электронным ярлыком в данном случае называется конструкция, включающая по меньшей мере одно изолирующее основание, антенну и электронный компонент (как правило, микросхему). Карта или электронный ярлык, изготавливаемые посредством способа в соответствии с настоящим изобретением, используются во многих областях для целей идентификации, контроля или оплаты.

Более конкретно в настоящем изобретении описывается способ монтажа электронного компонента на подложке, например, тонкой карте или ярлыке. Электронный компонент представляет собой элемент, например микросхему, конденсатор, резистор, диод, предохранитель, батарею, или дисплей; также это может быть узел, содержащий микросхему с покрытием и контактными площадками.

Уровень техники

Специалисту в данной области техники известны карты или ярлыки, содержащие компоненты, смонтированные на подложке, на которой нанесены проводящие дорожки и контактные площадки (обычно медные). Компоненты обычно закрепляются, после чего их контакты соединяются с дорожками или проводящими контактными площадками на подложке посредством сварки. Электрический контакт между выводами компонента и контактными площадками на подложке обеспечивается различными средствами, например соединением проводящим клеем, ультразвуковой сваркой, пайкой горячим оловянным сплавом.

Известны также карты, на которых устанавливаются компоненты, имеющие выводы с зубцами или выступами (столбиковые выводы); подключение этих выводов производится путем их запрессовывания в контактные площадки, сформированные на подложке. В документе WO00/55808 описывается создание соединения между микросхемой и контактными площадками антенны путем горячего прессования. Контакты микросхемы имеют выступы, которые запрессовываются в проводящий материал контактной площадки, при этом в области указанной площадки происходит деформация.

Соединения между компонентами на проводниках подложки могут также создаваться посредством проволочных проводников, при этом один конец проводника припаивается к проводнику на подложке, а другой конец - к контактной площадке компонента.

Для защиты компонентов и схем может использоваться эпоксидная смола, которая наносится на всю поверхность подложки или ее часть и покрывает компоненты собранной схемы. Согласно другому варианту осуществления на всю подложку или ее часть накладывается лист изолирующего материала, который фиксирует компонент или компоненты и ближайшие к ним проводящие дорожки.

В документе ЕР 0786357 описывается бесконтактная карта, которая содержит микросхему, установленную на подложке и соединенную с рамочной антенной, расположенной на краю подложки. Микросхема размещается в области подложки, расположенной вне контура, образованного рамочной антенной около одного из краев карты. Такое расположение микросхемы вне центральной области обеспечивает предохранение ее от деформаций, вызываемых изгибанием карты. Подключение рамочной антенны к микросхеме осуществляется путем горячего запрессовывания выступов на контактах микросхемы в оконечные дорожки катушки. Согласно другому варианту осуществления, подключение обеспечивается путем припаивания проводов ("проводное соединение"), соединяющих контакты микросхемы и дорожки, выходящие из катушки.

В документе US 2002/0110955 описывается способ изготовления электронного модуля, включающего в себя подложку и по меньшей мере одну микросхему. Последняя приклеивается к одной из поверхностей подложки или запрессовывается посредством горячего прессования в материал подложки таким образом, что она оказывается на одном уровне с поверхностью подложки. Кроме того, подложка имеет проводящие области, и микросхема соединяется с ними посредством проводящих дорожек, формируемых с применением трафаретной печати (согласно предпочтительному варианту осуществления). Контакты микросхемы имеют выступы, к которым идут дорожки, соединяемые с этими выступами. На заключительном этапе производится наложение тонкой пленки или защитного лака на микросхему и на проводящие дорожки поблизости от микросхемы.

Приемопередатчики, компоненты которых собираются в конструкцию по известным процессам, описанным выше, имеют характерный недостаток, заключающийся в недостаточном уровне качества и надежности соединения между компонентом и проводниками. Фактически это соединение может полностью или периодически прерываться из-за воздействия механических усилий на приемопередатчик в процессе его использования. Более конкретно тонкие приемопередатчики, такие как карты или электронные ярлыки, легко деформируются при изгибе или скручивании. Эти усилия могут возникать и при нормальном положении приемопередатчика, например в случае, если ярлык закрепляется на изогнутой поверхности какого-либо объекта.

При деформации приемопередатчика, несмотря на защиту компонентов за счет наложения или нанесения изолирующей пленки, соединения компонентов подвергаются внутренним растягивающим и сжимающим усилиям, вызывающим их разрыв. Воздействие этого явления аккумулируется при повторных деформациях, приводящих к механическим напряжениям в соединении, которое в конечном итоге разрывается после нескольких изгибов или скручиваний, которым подвергается приемопередатчик.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в устранении недостатков, описанных выше, а именно увеличении надежности и качества электрических соединений между электронным компонентом или компонентами и проводящих дорожек подложки при сокращении затрат на изготовление приемопередатчиков.

Другая задача настоящего изобретения состоит в предложении процесса изготовления приемопередатчиков данного типа в форме карт или ярлыков, устойчиво переносящих изгибание и перекручивание без разрыва соединений между компонентами.

В соответствии с изобретением решение поставленных задач достигается путем применения способа монтажа по меньшей мере одного электронного компонента, имеющего достаточно плоские проводящие площадки, которые соединяются с проводящими дорожками, размещенными на поверхности в общем случае плоского изолирующего основания, называемого подложкой, причем указанный процесс включает в себя следующие шаги:

- помещение подложки на рабочую поверхность, причем поверхность с проводящими дорожками располагается сверху;

- помещение электронного компонента в углубление в подложке, которое располагается в области, содержащей проводящие дорожки, причем проводящие площадки электронного компонента входят в контакт с соответствующими дорожками на подложке;

- нанесение слоя изолирующего материала, который одновременно покрывает электронный компонент и по меньшей мере ближайшую область подложки вокруг указанного компонента,

причем контакт между проводящими площадками электронного компонента и проводящими дорожками подложки обеспечивает электрическое соединение, поддерживаемое за счет прижимающего усилия, оказываемого на электронный компонент слоем изолирующего материала.

Электронный компонент, также называемый электронным модулем, обычно включает в себя микросхему, контакты которой располагаются на одной из ее сторон и выводятся на проводящей пленке, называемой "выводной рамкой" и имеющей контактные области, которые являются продолжениями малоразмерных контактов микросхемы. В одном варианте осуществления противоположная сторона микросхемы покрывается изолирующим материалом, в качестве которого обычно используется эпоксидная смола. "Выводная рамка" позволяет упростить соединение электронного модуля с проводящими дорожками печатной схемы. Большинство полупроводниковых компонентов, устанавливаемых на поверхности печатных схем, имеет такие "выводные рамки".

Проводящие дорожки, расположенные на подложке, определяются в расширительном смысле. Они могут представлять собой контактные площадки или проводящие области, соединенные с проводящими частями схемы; они могут быть химически вытравленными или нанесенными на подложку трафаретным способом. Схема такого типа может, например, включать в себя антенну бесконтактной карты, предназначенную для подачи питания на карту и обмена цифровыми данными посредством терминала.

Важно отметить, что способ согласно изобретению не требует применения какого-либо типа сварки, а также какого-либо типа жесткого прикрепления контактов компонента к проводникам схемы. В данном случае достаточно эффективным является прижим контактных поверхностей компонента и подложки друг к другу при использовании практически плоских поверхностей. Компонент фиксируется на подложке за счет изолирующего материала, покрывающего этот компонент и ближайшую к нему область.

Углубление в подложке используется для временного удержания компонента между этапом размещения и этапом нанесения слоя изолирующего материала. Это углубление может быть сформировано различными способами, например путем фрезерования, вырезания окна посредством штамповки или просто деформации подложки с нагреванием компонента в процессе его помещения в подложку.

Преимущество установки компонента согласно данному способу заключается в том, что контакт между компонентом и проводником схемы сохраняется при изгибе или перекручивании приемопередатчика. Фактически внутренние силы, возникающие на уровне соединения, стремятся взаимно сдвинуть контакты вскользь и не вызывают разрыва, как в случае паянного или жесткого соединения. Повторяющиеся воздействия на приемопередатчик вызывают эффект "самоочистки" проводников за счет взаимного трения их поверхностей. Как следствие, функционирование соединения, а также его надежность и электрическая проводимость, значительно улучшается.

Перечень чертежей

Другие свойства и достоинства настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют вариант осуществления изобретения, не вносящий каких-либо ограничений. На чертежах:

- на фиг.1 изображен компонент в форме электронного модуля, имеющего контактные площадки;

- на фиг.2 представлен общий вид тонкого приемопередатчика, включающего в себя подложку и компонент, имеющий контактные области и защищенный слоем изолирующего материала;

- на фиг.3 показан разрез приемопередатчика, изображенного на фиг.2, по оси "А-А" в увеличенном масштабе;

- на фиг.4 показан разрез приемопередатчика, включающего в себя две подложки и один компонент, имеющий контактные области;

- на фиг.5 показан разрез приемопередатчика, включающего в себя две подложки и один компонент, представляющий собой микросхему, помещенную в одну из подложек.

Осуществление изобретения

Компонент 1 на фиг.1 представляет собой электронный модуль, включающий в себя микросхему 2, защищенную покрытием 4 из изолирующего материала, например эпоксидной смолы. Контакты микросхемы соединены с контактными областями 3, сформированными в медном проводящем листе с оловянным покрытием, и образуют, например, "выводную рамку".

На фиг.2 и в разрезе по оси "А-А" на фиг.3 показан пример приемопередатчика, включающего в себя тонкую подложку 5, которая может деформироваться, и помещенный на нее компонент 1, изображенный на фиг.1. На верхней поверхности указанной подложки находятся дорожки или проводящие области 6, например вырезанные, наклеенные или напечатанные трафаретным способом. Покрытие 4 компонента 1 помещено в углубление 7 в материале подложки, сформированное путем фрезерования или вырезания окна в подложке, для уменьшения общей толщины приемопередатчика. Проводящие дорожки 6 на подложке удерживаются в контакте с проводящими областями 3 компонента только за счет прижимающего усилия, без использования сварки или проводящего клея. Таким образом, практически плоские контактирующие поверхности не имеют какого-либо специального рельефа, служащего в качестве точек крепления. Фиксация компонента на подложке и прижимающее усилие на его контактах обеспечивается изолирующим слоем 8, одновременно расположенным на видимой поверхности компонента и на области подложки вблизи компонента. Согласно другому варианту осуществления этот изолирующий слой может быть расширен на всю верхнюю поверхность подложки.

Полученный таким образом приемопередатчик может подвергаться деформации, при этом прерывание соединений компонента с проводниками подложки не происходит. При воздействии внутренних сил, возникающих вследствие деформации приемопередатчика, контактные площадки "выводной рамки" стремятся скользить по дорожкам подложки.

На фиг.4 показан вариант сборки приемопередатчика согласно способу по изобретению. Покрытие 4 компонента 1 в этом варианте помещается в углубление или располагается в окне первой изолирующей подложки 5. Проводящие области 3 компонента, таким образом, размещаются на более низкой поверхности подложки 5. Вторая подложка 9 имеет на верхней стороне набор проводящих дорожек, например антенну 6′ и соединительные дорожки 6, и обращена к контактным областям компонента, помещенного на первую подложку 5. Система из двух подложек 5, 9 изготавливается путем склеивания или горячего/холодного ламинирования в направлении, указанном стрелками L. Электрический контакт компонента с дорожками 6 на второй подложке обеспечивается за счет прижимающего усилия, обусловленного склеиванием или ламинированием. Конечная толщина приемопередатчика ограничивается суммарной толщиной двух сложенных подложек 5, 9.

Согласно другому варианту осуществления компонент 1 не имеет покрытия, и микросхема 2, таким образом, защищается непосредственно первой подложкой 5. Микросхема помещается в углубление 7, которое предварительно формируется в подложке, или заглубляется в материал подложки горячим прессованием, причем контактные области 3 компонента 1 при этом прижимаются к внутренней поверхности подложки 5.

Прямое заглубление компонента в материал подложки без предварительного формирования углубления осуществляется путем нагревания микросхемы в процессе ее размещения; это нагревание приводит к локальному размягчению и деформации подложки. После этого микросхема запрессовывается в подложку посредством специального инструмента на требуемую глубину. Полученное таким образом углубление точно соответствует контурам микросхемы и фиксирует расположение микросхемы или системы компонентов в процессе закрепления второй подложки путем ламинирования.

Вторая подложка 9 закрепляется таким же образом, как и в предыдущем варианте. Поэтому толщина первой подложки 5 может быть уменьшена до значения, близкого к толщине микросхемы.

На фиг.5 представлен вариант конструкции приемопередатчика, в которой компонент представляет собой просто микросхему 2 без "выводной рамки". В этом случае, как и в предыдущем, микросхема 2 размещается в предварительно сформированном углублении или запрессовывается в материал первой подложки 5 таким образом, что контактные площадки 3′ компонента оказываются на одном уровне с поверхностью подложки 5. Вторая подложка 9 имеет проводящие дорожки 6, обращенные к контактным площадкам микросхемы и предназначенные для ее подключения за счет усилия, обеспечиваемого склеиванием или ламинированием этих совмещенных подложек 5, 9. Очевидно, что контактные области 3′ микросхемы 2 являются плоскими и допускается их сдвиг в плоскости по соответствующим проводящим дорожкам второй подложки в случае деформации приемопередатчика.

Слой изолирующего материала, наносимый на компонент, а также на всю поверхность подложки или ее часть, и вторая подложка, прикрепляемая к первой подложке путем ламинирования, может иметь художественное оформление или маркировку на внешней поверхности, содержащую описание готового приемопередатчика. Первая подложка может, кроме того, иметь художественное оформление на стороне, противоположной стороне с проводящими дорожками.

Способ согласно изобретению также применим к сборке карт, называемых "двойными", т.е. содержащими, во-первых, набор открытых плоских контактов, доступных на уровне одной из внешних поверхностей карты, и, во-вторых, внутреннюю антенну в форме набора проводящих дорожек. Указанный набор контактов располагается на одной из сторон модуля, причем каждый контакт соединяется с проводящей областью на противоположной стороне модуля. Последний помещается в углубление, которое формируется путем вырезания окна в первой подложке, толщина которой приблизительно равна толщине модуля. Набор контактов открыт и располагается на одном уровне с поверхностью подложки, являющейся внешней стороной карты, а проводящие области противоположной стороны пролегают вдоль проводящих дорожек второй подложки, закрепленной на первой подложке.

Микросхема или дополнительный электронный модуль, как описано выше, является последней составной частью этой конструкции и может быть установлен на любой из подложек. Проводящие области этого модуля соединяются с соответствующими проводящими дорожками на поверхности одной из подложек за счет прижимающего усилия.

Кроме того, возможна сборка и последующее ламинирование нескольких (более двух) сложенных подложек, имеющих проводящие дорожки и электронные модули, проводящие области которых соединяются с соответствующими проводящими дорожками, расположенными на поверхностях любой из подложек, за счет прижима, обусловленного ламинированием.

1. Способ монтажа по меньшей мере одного электронного компонента (1), включающего в себя, по существу, плоские проводящие площадки (3), соединяемые с проводящими дорожками (6′), расположенными на поверхности, по существу, плоского изолирующего основания, называемого подложкой (5), причем указанный способ включает в себя следующие шаги:

помещают подложку (5) на рабочую поверхность таким образом, что поверхность с проводящими дорожками (6′) расположена сверху; помещают электронный компонент (1) в углубление (7) в подложке (5), расположенное в области, содержащей проводящие дорожки (6′), причем проводящие площадки (3) электронного компонента (1) входят в контакт с соответствующими дорожками (6′) на подложке (5); наносят слой изолирующего материала (8), который покрывает одновременно электронный компонент (1) и по меньшей мере область подложки вокруг указанного компонента (1),

отличающийся тем, что контакт между проводящими площадками (3) электронного компонента (1) и проводящими дорожками (6, 6′) на подложке (5) обеспечивает электрическое соединение, поддерживаемое за счет прижимающего усилия, оказываемого слоем изолирующего материала (8), нанесенного на электронный компонент (1).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электронный компонент (1) включает в себя микросхему (2), на одной из сторон которой имеются контакты, причем контакты соединяют с проводящей пленкой, имеющей проводящие области, которые являются продолжениями контактов микросхемы (2), а противоположную поверхность микросхемы покрывают покрытием (4).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой изолирующего материала состоит из первой подложки (5), имеющей углубление (7), в которое покрытой поверхностью помещают компонент (1), причем контактные площадки (3) компонента (1) соединяют с соответствующими проводящими площадками (6) на второй подложке (9), размещенной на рабочей поверхности.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что электронный компонент (1) представляет собой микросхему (2), на одной из сторон которой имеются контакты, причем контакты соединяют с проводящей пленкой, имеющей проводящие области (3), которые являются продолжениями контактов микросхемы (2).

5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что слой изолирующего материала состоит из первой подложки (5), имеющей углубление (7), в которое помещают микросхему (2) компонента (1), причем проводящие площадки (3) указанного компонента (1) прижимают к поверхности подложки (5) и соединяют с соответствующими проводящими областями (6) на второй подложке (9), размещенной на рабочей поверхности.

6. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что углубление (7) для компонента (1) формируют путем нагрева микросхемы (2) компонента (1) и последующего запрессовывания указанной микросхемы (2) в объем материала подложки (5) посредством соответствующего инструмента, причем проводящие площадки (3) компонента (1) прижимают к поверхности подложки (5).

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что электронный компонент (1) включает в себя микросхему (2), на одной из сторон которой имеются по существу плоские контакты.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что слой изолирующего материала состоит из первой подложки (5), имеющей углубление (7), в которое помещают микросхему (2), причем контакты микросхемы, открытые и расположенные на одном уровне с поверхностью подложки, соединяют с соответствующими проводящими областями (6) на второй подложке (9), размещенной на рабочей поверхности.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что углубление (7) для компонента (1) формируют путем фрезерования или штамповки окна.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что углубление (7) для микросхемы (2) формируют посредством нагревания указанной микросхемы (2) и последующего ее запрессовывания в материал подложки (5) посредством соответствующего инструмента, причем проводящие площадки микросхемы (2) открыты и расположены на одном уровне с поверхностью подложки.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что электронный компонент (1) представляет собой модуль, на одной из поверхностей которого имеется ряд плоских контактов, а на противоположной поверхности имеются проводящие площадки, соответственно соединенные с рядом контактов.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что модуль помещают в углубление (7), сформированное путем вырезания окна в первой подложке (5), имеющей толщину, по существу равную толщине модуля, причем ряд плоских контактов открыт и располагается на одном уровне с поверхностью указанной подложки (5), а проводящие площадки на противоположной стороне прижимают к проводящим дорожкам (6′) на второй подложке (9), скрепляемой с первой подложкой (5).

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что по меньшей мере один модуль или дополнительную микросхему (2) устанавливают на одной из подложек (5, 9), причем указанный модуль имеет проводящие площадки (3), соединяемые с соответствующими проводящими дорожками (6′) на любой из подложек (5, 9) за счет прижимания.

14. Способ по п.3 или 13, отличающийся тем, что включает в себя дополнительный шаг склеивания и сжимания конструкции, образованной совмещенными подложками (5, 9).