Lead frame, integrated circuit (IC) module, IC card and method of formation

Abstract

A lead frame (100, 200, 300, 400) is disclosed as including a body (102, 202, 307) with a front major surface (104, 204) and an opposite back major surface (106, 206); and a plurality of electrically conductive areas (108a-f, 208a-h) on the front major surface; each of the plurality of electrically conductive areas being electrically connected with the back major surface via a respective electrically conductive through-hole (110a-f, 210a-h) which extends through the body; and each of a plurality of electrically conductive leads (112a-f, 124a, 124b, 128a-d, 212a-h) is electrically connected with a respective of the plurality of electrically conductive areas of the front major surface and terminates at or adjacent to an edge (118a, 118b, 218a, 218b) of the body.

Description

Lead Frame, Integrated Circuit (IC) Module, IC Card and Method of FormationField of the Invention

[0001] This invention relates to a lead frame, an integrated circuit (IC) module with such a lead frame, an IC card with such an IC module, and methods of forming such a lead frame, such an IC module and such an IC card.Background of the Invention

[0002] A conventional integrated circuit (IC) module for an IC card (also called a “smart card” ) includes a lead-frame which (when the IC card is duly assembled) is exposed on one side to the outside environment to allow transmission and / or reception of data when the lead-frame is brought into electrical connection when in contact with an outside card reader. The IC module is fixedly engaged and electrically connected with an IC chip, and the IC chip is protected by a globe made of a protection material.

[0003] With the increasingly wide spread use of IC cards, more and more functions have been or sought to be integrated into the IC cards. To allow IC cards to support such further functions, the structure and / or arrangement of the lead frame would have to be improved, to cater for more complicated circuit layout.

[0004] It is thus an objective of the present invention to provide a lead frame, an integrated circuit (IC) module with such a lead frame, an IC card with such an IC module, and methods of forming such a lead frame, such an IC module and such an IC card to address the above issue or at least to provide a useful alternative to the trade and public.Summary of the Invention

[0005] According to a first aspect of the present invention, there is provided a lead frame including a body member with a front major surface and an opposite back major surface; and a plurality of electrically conductive areas on said front major surface; wherein each of said plurality of electrically conductive areas is electrically connected with said back major surface via a respective through-hole which extends through said body member; and wherein each of a plurality of electrically conductive elements is electrically connected with a respective of said plurality of electrically conductive areas of said front major surface and terminates at or adjacent to an edge of said body member.

[0006] According to a second aspect of the present invention, there is provided an IC module including a lead frame, said lead frame including a body member with a front major surface and an opposite back major surface; and a plurality of electrically conductive areas on said front major surface; wherein each of said plurality of electrically conductive areas is electrically connected with said back major surface via a respective through-hole which extends through said body member; and wherein each of a plurality of electrically conductive elements is electrically connected with a respective of said plurality of electrically conductive areas of said front major surface and terminates at or adjacent to an edge of said body member.

[0007] According to a third aspect of the present invention, there is provided an IC card including an IC module, said IC module including a lead frame, said lead frame including a body member with a front major surface and an opposite back major surface; and a plurality of electrically conductive areas on said front major surface; wherein each of said plurality of electrically conductive areas is electrically connected with said back major surface via a respective through-hole which extends through said body member; and wherein each of a plurality of electrically conductive elements is electrically connected with a respective of said plurality of electrically conductive areas of said front major surface and terminates at or adjacent to an edge of said body member.

[0008] According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of forming a lead frame, including forming a plurality of through-holes which extend through a body member of said lead frame to electrically connect a plurality of electrically conductive areas of a front major surface of said body member with a back major surface of said body member which is opposite to said front major surface; and forming a plurality of electrically conductive elements each in electrical connection with a respective of said plurality of electrically conductive areas of said front major surface and terminating at or adjacent to an edge of said body member.

[0009] According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of forming an IC module, including forming a lead frame; and electrically and physically engaging an IC chip with said lead frame: wherein said step of forming a lead frame includes forming a plurality of through-holes which extend through a body member of said lead frame to electrically connect a plurality of electrically conductive areas of a front major surface of said body member with a back major surface of said body member which is opposite to said front major surface; and forming a plurality of electrically conductive elements each in electrical connection with a respective of said plurality of electrically conductive areas of said front major surface and terminating at or adjacent to an edge of said body member.

[0010] According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of forming an IC card, including forming an IC module; and fixedly engaging said IC module with a card body; wherein said step of forming an IC module includes forming a lead frame; and electrically and physically engaging an IC chip with said lead frame: and wherein said step of forming a lead frame includes forming a plurality of through-holes which extend through a body member of said lead frame to electrically connect a plurality of electrically conductive areas of a front major surface of said body member with a back major surface of said body member which is opposite to said front major surface; and forming a plurality of electrically conductive elements each in electrical connection with a respective of said plurality of electrically conductive areas of said front major surface and terminating at or adjacent to an edge of said body member.Brief Description of the Drawings

[0011] Embodiments of the present invention will now be described, by way of examples only, with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows a front view of a lead frame according to an embodiment of the  present invention; Figure 2 shows a back view of the lead frame of Figure 1 before formation of a circuit  layout design thereon; Figure 3 shows a back view of the lead frame of Figure 2 after formation of a circuit  layout design thereon; Figures 4 to 8 show steps of forming solder members on the lead frame of Figure 3; Figures 9 and 10 show steps of forming an IC module according to an embodiment  of the present invention; Figures 11 and 12 show steps of forming an IC card according to an embodiment of  the present invention; Figure 13 shows a front view of a lead frame according to another embodiment of  the present invention; Figure 14 shows a back view of the lead frame of Figure 13 after formation of a  circuit layout design thereon; Figure 15 shows a front view of an integrated circuit (IC) card according to a further  embodiment of the present invention; Figure 16 shows an exploded perspective view of the IC card of Figure 15; Figure 17 shows an enlarged view of the part marked “A” in Figure 16; Figure 18 shows a bottom perspective view of an IC module according to another  embodiment of the present invention before encapsulation; Figure 19 shows the IC module of Figure 18 after encapsulation; Figure 20 shows a front view of an integrated circuit (IC) card according to a yet  further embodiment of the present invention; Figure 21 shows an exploded perspective view of the IC card of Figure 20; Figure 22 shows an enlarged view of the part marked “B” in Figure 21; Figure 23 shows a view of a lead frame according to a further embodiment of the  present invention including a capacitor connected in parallel in the circuit; Figure 24 shows a view of a lead frame according to a still further embodiment of the  present invention including a capacitor connected in series in the circuit; Figure 25 shows a view of a lead frame according to a further embodiment of the  present invention including a capacitor connected in parallel in the circuit; and Figure 26 shows a view of a lead frame according to a yet further embodiment of the  present invention including a capacitor connected in series in the circuit.Description of the Embodiments

[0012] Figure 1 shows a front view of a lead frame according to an embodiment of the present invention, generally designated as 100. The lead frame 100 has a body 102 with a front major surface 104 and an opposite back major surface 106 (see Figures 2 and 3) . The front major surface 104 of the lead frame 100 is partitioned into six electrically conductive areas 108a, 108b, 108c, 108d, 108e, 108f (collectively “electrically conductive areas 108a-f” ) which are electrically insulated from one another. Each of the six electrically conductive areas 108a-f has a respective through-hole 110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f (collectively “through-holes 110a-f” ) which extends through the body 102.

[0013] As shown in Figure 2 (which shows the back major surface 106 of the lead frame 100 before formation of a circuit layout thereon) , the through-holes 110a-f extend through the body 102 from the front major surface 104 to the back major surface 106. The through-holes 110a-f are electrically conductive, so that they are in electrical connection with the respective electrically conductive area 108a-f on the front major surface 104. For example, the through-holes 110a-f may be filled with an electrically conductive material, such as copper. Alternatively, the inner walls of the through-holes 110a-f may be electroplated with an electrically conductive material, such as copper.

[0014] Figure 3 shows the back major surface 106 of the body 102 of the lead frame 100 formed with a circuit layout design, e.g., by depositing an electrically conductive material, such as copper, on the back major surface 106, for example by electroplating. It can be seen that an end of each of the through-holes 110a-f on the back major surface 106 is in electrical connection with a respective electrically conductive lead 112a, 112b, 112c, 112d, 112e, 112f (collectively “electrically conductive leads 112a-f” ) which extends on the back major surface 106. Each of the electrically conductive leads 112a-f is formed of a respective broader segment 114a, 114b, 114c, 114d, 114e, 114f and a respective narrower segment 116a, 116b, 116c, 116d, 116e, 116f joined and electrically connected with each other.

[0015] As shown in Figure 3, each of the electrically conductive leads 112a-f terminates at one end with and is electrically connected with the respective through-hole 110a-f, and terminates at another end at or adjacent to one of two opposite edges 118a, 118b of the body 102.

[0016] Adjacent to each of two other edges 120a, 120b of the body 102 which are opposite to each other is formed (e.g., by electroplating) a respective electric contact surface 122a, 122b. These electric contact surfaces 122a, 122b are positioned such that, in an IC card with an IC module formed with the lead frame 100, the electric contact surfaces 122a, 122b are in electrical connection with an antenna coil in the IC card (to be discussed later) . It can also be seen that an electrically conductive lead 124a extending on the back major surface 106 of the body 102 and in electrical connection with the electric contact surface 122a also terminates at or adjacent to the edge 118a of the body 102. As for the electric contact surface 122b, it is to be electrically connected with an electrically conductive lead 124b also extending on the back major surface 106 of the body 102 via a component to be installed to provide electrical connection between the electric contact surface 122b and the electrically conductive lead 124b. The electrically conductive lead 124b also terminates at or adjacent to the edge 118a of the body 102.

[0017] To allow an IC card incorporated with an IC module with the lead frame 100 to provide further functions, four further electric contact surfaces 126a, 126b, 126c, 126d (collectively “electric contact surfaces 126a-d” ) , each adjacent a corner of the body 102. Each of the electric contact surfaces 126a-d is electrically connected with a respective electrically conductive lead 128a, 128b, 128c, 128d (collectively “electrically conductive lead 128a-d” ) which extends on the back major surface 106 of the body 102 and terminates at or adjacent to one of the two opposite edges 118a, 118b. Take the electrically conductive lead 128a as an example, such is formed of a first segment 130a and a second segment 132a joined and electrically connected with each other. A free end of the first segment 130a of the electrically conductive lead 128a terminates at an enlarged portion 136a, intended to be in electrical connection (e.g., via an electric wire) with an IC chip to be installed to the lead frame 100. A free end of the second segment 132a of the electrically conductive lead 128a terminates at or adjacent the edge 118a of the body 102.

[0018] It can be seen from Figure 3 that six electrically conductive leads (namely, the electrically conductive leads 112a, 112d, 124a, 124b, 128a, 128d) terminate at or adjacent the edge 118a of the body 102, whereas another six electrically conductive leads (namely, the electrically conductive leads 112b, 112c, 112e, 112f, 128b, 128c) terminate at or adjacent the opposite edge 118b of the body 102. One advantage of forming the leads 112a-f such that they terminate at one end at or adjacent to one of the two edges 118a, 118b is that they are thus led away from the two electric contact surfaces 122a, 122b, so as to minimize short-circuiting due to accidental electrical connection of any of the leads 112a-f (and thus any of the respective electrically conductive areas 108a-f) with any of the electric contact surfaces 122a, 122b.

[0019] To form an IC module according to any embodiment of the present invention, and as shown in Figures 4 to 8, a lead frame 100 is first made ready. The lead frame 100 is then sandwiched between two protective layers 140a, 140b which are each made of an electrically insulating material, e.g., polyimide. While the protective layer 140b covers the entire front major surface 104 of the lead frame 100, the protective layer 140a has holes 142a, 142b, 142c, 142d, 142e, 142f (collectively “holes 142a-f” ) formed through its body 144. When the lead frame 100 is duly sandwiched between the two protective layers 140a, 140b, the electric contact surfaces 122a, 122b, 126a-d are exposed to the outside environment. An electrically conductive material (e.g., a metal or an alloy) which solidifies under room temperature (such as solder) is deposited on the exposed electric contact surfaces 122a, 122b, 126a-d, e.g., by electroplating, to form solder members 146a, 146b, 146c, 146d, 146e, 146f (collectively “solder members 146a-f” ) in electrical and physical connection with the respective electric contact surfaces 126a, 122a, 126b, 126d, 122b, 126c.

[0020] As shown in Figure 7, after formation of the solder members 146a-f on the back major surface 106 of the lead frame 100, the two protective layers 140a, 140b are removed, leaving the lead frame 100 electrically and physically connected with the solder members 146a-f, in the form of a direct bond tape 148, as shown in Figure 8.

[0021] To form an IC module according to an embodiment of the present invention, an IC chip 150 is positioned and fixedly engaged at the centre of the back major surface 106 of the direct bond tape 148, and is electrically connected by a number of electrically conductive wires with the electrically conductive leads 112a-f, 124a, 124b, 128a-d by wire-bonding. A capacitor 152 is fixedly engaged with the back major surface 106 of the body 102 of the direct bond tape 148 by surface mount technology to electrically connect the electric contact surface 122b and the electrically conductive lead 124b (see Figure 3) .

[0022] As further shown in Figure 10, an electrically insulating encapsulant 154 is deposited on the direct bond tape 148 to encapsulate the IC chip 150 and the capacitor 152, by a dam and fill process, to form an IC module 156.

[0023] To form an IC card according to an embodiment of the present invention, and as shown in Figures 11 and 12, a card body 160 (which may be formed of a number of substrate layers 162a, 162b, 162c) is embedded with two antenna coils 164a, 164b and circuit wires 164c. The IC module 156 is fixedly engaged with the card body 160 and electrically connected with the antenna coils 164a, 164b and the circuit wires 164c, to form an IC card 166.

[0024] One way of establishing electrical and physical connection between the IC module 156 with the antenna coils 164a, 164b and the circuit wires 164c is to melt the solder members 146a-f formed on the electric contact surfaces 126a, 122a, 126b, 126d, 122b, 126c, and then have exposed free ends of the antenna coils 164a, 164b and the circuit wires 164c connected with these solder members 146a-f. Electrical and physical connection between the IC module 156 and the antenna coils 164a, 164b and the circuit wires 164c are established upon solidification of the solder members 146a-f. Alternative to, or in combination with, the use of the solder members 146a-f, an anisotropic conductive film (ACF) hot-melt tape 168 is positioned between the electric contact surfaces 126a, 122a, 126b, 126d, 122b, 126c and the exposed free ends of the antenna coils 164a, 164b and the circuit wires 164c, such that upon application of sufficient pressure and / or temperature, the ACF hot-melt tape 168 establishes electrical and physical connection between the IC module 156 and the antenna coils 164a, 164b and the circuit wires 164c, thus forming the IC card 166.

[0025] In the arrangement of establishing electrical and physical connection between the IC module 156 with the antenna coils 164a, 164b and the circuit wires 164c through both the solder members 146a-f and the ACF hot-melt tape 168, the ACF hot-melt tape 168 may be of a lower density of conductive electrically conductive particles. This will contribute to reducing the risk of short-circuiting.

[0026] To allow for more functions to be performed by the IC card 166, a device 170 (which may, for example, be light-emitting diode (LED) lights, a liquid crystal display (LCD) , or a fingerprint reader) is fixedly engaged with the card body 160, and is in electrical connection with the antenna coil 164b and the circuit wires 164c for data communication with the IC module 156 and for obtaining power for operation when the IC card 166 receives electromagnetic radiation from a card reader.

[0027] In the lead frame 100 discussed above, the electrically conductive leads 112a-f, 124a, 124b, 128a-d all extend (or run) on the back major surface 106 of the body 102. The arrangement is different in an embodiment according to another embodiment of the present invention, as shown in Figures 13 and 14, and generally designated as 200. Figure 13 shows a front major surface 204 of a body 202 of the lead frame 200, and Figure 14 shows an opposite back major surface 206 of the body 202 of the lead frame 200 after formation of a circuit layout design thereon.

[0028] The front major surface 204 of the lead frame 200 is partitioned into eight electrically conductive areas 208a, 208b, 208c, 208d, 208e, 208f, 208g, 208h (collectively “electrically conductive areas 208a-h” ) which are electrically insulated from one another. Each of the eight electrically conductive areas 208a-h has a respective through-hole 210a, 210b, 210c, 210d, 210e, 210f, 210g, 210h (collectively “through-holes 210a-h” ) which extends through the body 202.

[0029] The through-holes 210a-h extend from the front major surface 204 of the body 202 to the back major surface 206 of the body 202 of the lead frame 200. The through-holes 210a-h are electrically conductive, so that they are in electrical connection with the respective electrically conductive area 208a-h on the front major surface 204. For example, the through-holes 210a-h may be filled with an electrically conductive material, such as copper. Alternatively, the inner walls of the through-holes 210a-h may be electroplated with an electrically conductive material, such as copper.

[0030] Figure 14 shows the back major surface 206 of the body 202 of the lead frame 200 formed with a circuit layout design, e.g., by depositing an electrically conductive material, such as copper, on the back major surface 206, for example by electroplating.

[0031] Returning to Figure 13, it can be seen that each of the electrically conductive areas 208a-h on the front major surface 204 is joined with a respective electrically conductive lead 212a, 212b, 212c, 212d, 212e, 212f, 212g, 212h which extends (or runs) on the front major surface 204 and terminates at or adjacent to one of two opposite edges 218a, 218b of the body 202 of the lead frame 200.

[0032] An integrated circuit (IC) card according to a further embodiment of the present invention is shown in Figures 15 to 17, and generally designated as 300. The IC card 300 includes an IC module 302 according to an embodiment of the present invention. The IC module 302 (which may be a multi-interface IC module, such as a dual-interface IC module) is fixedly connected with an antenna 304 fixedly embedded to a substrate 306 of a card body 307 of the IC card 300. The IC module 302 is thus fixedly engaged with the card body 307 of the IC card 300. The IC module 302 may be fixedly connected with the antenna 304 via a number of connection members 308 made at least partly of solder and / or one or more anisotropic conductive film (ACF) hot-melt tapes.

[0033] As shown more clearly in Figures 18 and 19, the IC module 302 has a lead frame 310 to a major surface 312 of which a number of connection members 308 are connected. An IC chip 314 and a capacitor 316 are also fixedly and electrically connected with the lead frame 310. In particular, the capacitor 316 is electrically and physically connected with the lead frame 310 by surface-mount technology. As shown in Figure 19, the capacitor 316 and the IC chip 314 are electrically connected with each other and are encapsulated by a dam and fill method. Because of the existence of the capacitor 316, the antenna 304 can be of a relatively small size, and may be in the form of a printed antenna or a coil / wire antenna, as in the case shown in Figures 15 to 17.

[0034] An integrated circuit (IC) card according to another embodiment of the present invention is shown in Figures 20 to 22, and generally designated as 400. The IC card 400 is structurally similar to the IC card 300, with the main difference being that, instead of having a printed antenna or a coil / wire antenna, the IC card 400 is provided with an etched antenna 404. Similarly, as a capacitor 416 is electrically connected with an IC chip 414 of an IC module 402 of the IC card 400, the etched antenna 404 is of a relatively small size.

[0035] Figure 23 shows a view of a lead frame according to a further embodiment of the present invention including a capacitor 502 connected in parallel in the circuit, as shown in the part marked “C” . Figure 24 shows a view of a lead frame according to a still further embodiment of the present invention including a capacitor 504 connected in series in the circuit, as shown in the part marked “D” . Figure 25 shows a view of a lead frame according to a further embodiment of the present invention including a capacitor 506 connected in parallel in the circuit, as shown in the part marked “E” . Figure 26 shows a view of a lead frame according to a yet further embodiment of the present invention including a capacitor 508 connected in series in the circuit, as shown in the part marked “F” . With the capacitors 502, 506 connected in parallel in the respective circuit, the reading distance of the resultant IC cards 100, 200, 300, 400 can be increased. On the other hand, with the capacitors 504, 508 connected in series in the respective circuit, the IC chip could be protected.

[0036] It should be understood that the present invention can be applied in and in the formation of different types of IC cards, including, but not limited to, duel-interface IC cards and contactless IC cards. In addition, in addition to IC cards, the present invention can also be realized in and in the formation of radio frequency identification (RFID) tags / labels.

[0037] It should be understood that the above only illustrates examples whereby the present invention may be carried out, and that various modifications and / or alterations may be made thereto without departing from the spirit of the invention.

[0038] It should also be understood that certain features of the invention, which are, for clarity, described in the context of separate embodiments, may be provided in combination in a single embodiment. Conversely, various features of the invention which are, for brevity, described in the context of a single embodiment, may also be provided separately or in any appropriate sub-combinations.

Claims

1.A lead frame including:a body member with a front major surface and an opposite back major surface; anda plurality of electrically conductive areas on said front major surface;wherein each of said plurality of electrically conductive areas is electrically connected with said back major surface via a respective through-hole which extends through said body member; andwherein each of a plurality of electrically conductive elements is electrically connected with a respective of said plurality of electrically conductive areas of said front major surface and terminates at or adjacent to an edge of said body member.2.The lead frame of Claim 1, wherein said plurality of electrically conductive elements extend on said front major surface.3.The lead frame of Claim 1, wherein said plurality of electrically conductive elements extend on said back major surface.4.The lead frame of Claim 1, wherein said plurality of electrically conductive elements terminate at or adjacent to two edges of said body member.5.The lead frame of Claim 4, wherein said plurality of electrically conductive elements terminate at or adjacent to two opposite edges of said body member.6.The lead frame of Claim 1, further including at least two antenna connection members on said back major surface.7.The lead frame of Claim 1, wherein said antenna connection members are made at least partly of solder.8.An IC module including a lead frame according to Claim 1.9.The IC module of Claim 8, further including an IC chip electrically connected with said lead frame, and a capacitor electrically connected with said IC chip.10.An IC card including an IC module according to Claim 8 or 9.11.The IC card of Claim 10, wherein said IC module is electrically and physically engaged with an antenna via at least two antenna connection members on said back major surface of said body member, an anisotropic conductive film (ACF) hot-melt tape, or a combination thereof.12.The IC card of Claim 11, wherein said IC module is electrically and physically engaged with said antenna via at least two antenna connection members on said back major surface of said body member and an anisotropic conductive film (ACF) hot-melt tape of a lower density of conductive electrically conductive particles.13.The IC card of Claim 10, wherein said IC module and said capacitor are electrically connected with an antenna.14.The IC card of Claim 10, wherein said antenna is an etched antenna, a coil / wire antenna or a printed antenna.15.The IC card of Claim 10, wherein said antenna is a small-sized antenna.16.A method of forming a lead frame, including:forming a plurality of through-holes which extend through a body member of said lead frame to electrically connect a plurality of electrically conductive areas of a front major surface of said body member with a back major surface of said body member which is opposite to said front major surface; andforming a plurality of electrically conductive elements each in electrical connection with a respective of said plurality of electrically conductive areas of said front major surface and terminating at or adjacent to an edge of said body member.17.The method of Claim 16, including forming said plurality of electrically conductive elements on said front major surface.18.The method of Claim 16, including forming said plurality of electrically conductive elements on said back major surface.19.The method of Claim 16, wherein said plurality of electrically conductive elements terminate at or adjacent to two edges of said body member.20.The method of Claim 19, wherein said plurality of electrically conductive elements terminate at or adjacent to two opposite edges of said body member.21.The method of Claim 16, further including forming at least two antenna connection members on said back major surface.22.The method of Claim 21, wherein said two antenna connection members are made at least partly of solder.23.The method of Claim 21, further including:covering a part of said back major surface by a first electrically insulating layer to expose at least two areas of said back major surface; andforming said at least two antenna connection members, each on a respective of said exposed areas on said back major surface, by electro-deposition.24.The method of Claim 23, further including covering said front major surface by a second electrically insulating layer.25.A method of forming an IC module, including:forming a lead frame according to a method of Claim 16; andelectrically and physically engaging an IC chip with said lead frame.26.The method of Claim 25, further including electrically and physically engaging a capacitor with said lead frame by surface-mount technology.27.The method of Claim 26, further including encapsulating said IC chip and said capacitor by a dam and fill method.28.A method of forming an IC card, including:forming an IC module according to Claim 25; andfixedly engaging said IC module with a card body.29.The method of Claim 28, further including electrically connecting said IC module with an antenna on or in said card body via at least two antenna connection members on said back major surface of said body member of said lead frame, an ACF hot-melt tape, or a combination thereof.

Images