PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004043663B4 08.06.2006
Titel Halbleitersensorbauteil mit Hohlraumgehäuse und Sensorchip und Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensorbauteils mit Hohlraumgehäuse und Sensorchip
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Bauer, Michael, Dipl.-Ing., 93152 Nittendorf, DE;
Kessler, Angela, Dr., 93053 Regensburg, DE;
Schober, Wolfgang, Dr., 92224 Amberg, DE;
Haimerl, Alfred, Dr., 93161 Sinzing, DE;
Mahler, Joachim, Dr., 93051 Regensburg, DE
Vertreter Schweiger & Partner, 80333 München
DE-Anmeldedatum 07.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004043663
Offenlegungstag 06.04.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.2006
IPC-Hauptklasse H01L 23/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01L 9/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Halbleitersensorbauteil (20) mit Hohlraumgehäuse (1) und Sensorchip (3) und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Dabei weist das Hohlraumgehäuse (1) eine Öffnung (5) zur Umgebung (6) auf. Der Sensorbereich (4) des Sensorchips (3) ist dieser Öffnung (5) zugewandt. Der Sensorchip (3) ist in dem Hohlraum (2) des Hohlraumgehäuses (1) allseitig in eine gummielastische Masse (7) eingebettet.

Beschreibung[de]

Die Erfindungen betreffen ein Halbleitersensorbauteil mit Hohlraumgehäuse und Sensorchip und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensorbauteils mit Hohlraumgehäuse und Sensorchip gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 6.

Ein Halbleitersensorbauteil mit einem Hohlraumgehäuse ist aus der älteren nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2004 019 428 A1 bekannt. Derartige Halbleitersensorbauteile haben das Problem, dass der Sensorchip in dem Hohlraumgehäuse über ein Material mit niedrigem E-Modul derart durch Kleben fixiert ist, dass Rückwirkungen der mechanischen Belastungen des starren Hohlraumgehäuses, wie thermische Verspannungen oder Vibrationsbelastungen, auf den Sensorchip einwirken und die Messergebnisse teilweise verfälschen. Gegenüber der Umgebung werden derartige Sensorchips in dem Hohlraumgehäuse durch ein weiches Material geschützt, um wenigstens die Oberseite mit dem Sensorbereich des Halbleitersensorchips vor zusätzlichen Belastungen zu schützen.

Die Zuverlässigkeit des Sensorchips hängt auch von den Schwankungen der Klebstoffqualität, mit dem der Sensorchip auf dem Boden des starren Hohlraumgehäuses befestigt ist, ab, so dass es teilweise zum Mitschwingen des Sensorchips, insbesondere beim Anbringen von Bonddrähten kommt. Dadurch sind fertigungsbedingte Vorschädigungen des Halbleiterchips oder eine verminderte Bondqualität als Folge nicht auszuschließen, was die Zuverlässigkeit des Sensorchips beeinträchtigt. Darüber hinaus verursachen die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien Ausbeuteverluste aufgrund von mechanischen Spannungen im Sensorchip.

Es ist aus der JP 2002 039 887 A bekannt, bei einem Halbleiterbauteil mit Hohlraumgehäuse einen über Bonddrähte kontaktierten Sensorchip allseitig in eine elastische Masse einzubetten, sodass er von dem Gehäuse mechanisch entkoppelt ist. Ähnliche Maßnahmen zeigen auch die JP 2002 107 249 A und die US 6,260, 417 B1. Die JP 2002 039 887 A liefert jedoch keinen Hinweis auf eine zusätzliche Abstützung des Sensorchips während der Montage oder des Transportes des Halbleiterbauteils zur Erhöhung der Ausbeute.

Aufgabe der Erfindungen ist es, ein Halbleiterbauteil mit einem Hohlraumgehäuse und einem Sensorchip sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit einem Hohlraumgehäuse und Sensorchip anzugeben, so dass zum einen die Ausbeute bei der Herstellung derartiger Halbleitersensorbauteile weiter verbessert wird und zum anderen die Zuverlässigkeit derartiger Halbleitersensorbauteile in der täglichen Messpraxis weiter erhöht wird.

Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung gemäß Anspruch 1 geht von einem Halbleitersensorbauteil mit einem Hohlraumgehäuse aus, wobei in dem Hohlraum des Gehäuses der Sensorchip angeordnet ist. Das Hohlraumgehäuse hat mindestens einen Boden und Seitenwände, die den Hohlraum begrenzen. Der Sensorchip weist einen Sensorbereich auf, der vorzugsweise auf Druckschwankungen und/oder Temperaturschwankungen reagiert. Dazu weist das Hohlraumgehäuse eine Öffnung zur Umgebung auf, um Umgebungsparameter auf den empfindlichen Sensorbereich wirken zu lassen. Der Sensorbereich ist dieser Öffnung zugewandt. Der Sensorchip selbst ist in dem Hohlraum des Gehäuses allseitig in eine gummielastische Masse eingebettet. Weiterhin ist der Boden mit stiftförmigen Durchgangsöffnungen versehen, die sich bis zur Rückseite des Sensorchips in die gummielastische Masse hinein fortsetzen.

Der Sensorchip ist in der ihn umgebenden gummielastischen Masse mechanisch von dem Hohlraumgehäuse entkoppelt. Der Sensorchip hängt lediglich an Bonddrähten, die nur wenige Mikrometer dick sind und die zur Übergabe von Messsignalen an entsprechende Außenkontakte des Hohlraumgehäuses dienen. Diese Bonddrähte sind in einen oberen Bereich der gummielastischen Masse eingebettet. Außer dieser Aufhängung in der gummielastischen Masse sind keinerlei mechanische Stützen oder Berührungspunkte im Hohlraumgehäuse vorgesehen. Lediglich für Montage- und Transportzwecke kann der Halbleiterchip im Hohlraumgehäuse durch Einführen von Abstandsstiften durch den Bodenbereich des Hohlraumgehäuses gestützt werden, wie dies im Anspruch 6 offenbart ist.

In einem Ausführungsbeispiel weist die gummielastische Masse zwei Bereiche auf: einen unteren Bereich unterhalb des Sensorchips, auf dem ein Halbleiterrahmen des Sensorchips mit seiner Rückseite angeordnet ist, und einen oberen Bereich, in dem die Randseiten und die Oberseite des Sensorchips mit dem Sensorbereich selbst eingebettet sind. Diese beiden Bereiche werden lediglich während der Herstellungsphase unterschieden, um die Fertigung zu vereinfachen. Diese Bereiche sind nach fertiggestelltem Halbleitersensorbauteil mit Hohlraumgehäuse und Sensorchip in dem Hohlraumgehäuse nicht mehr zu unterscheiden, zumal, wenn das gleiche gummielastische Material für den unteren und den oberen Bereich eingesetzt wird.

Eine Grenzfläche zwischen dem unteren Bereich und dem oberen Bereich ist nur dann wahrzunehmen, wenn die gummielastischen Massen unterschiedliche Elastizitätskonstanten für den unteren und den oberen Bereich des Sensorchips aufweisen oder unterschiedliche Einfärbungen besitzen, was für die Praxis nicht ausgeschlossen sein soll. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die gummielastische Masse ein optisch transparentes Elastomer. Die optisch transparenten Elastomere haben den Vorteil, dass auch die Lichtempfindlichkeit des Halbleitersensorchips für bestimmte Messzwecke eingesetzt werden kann. Sollte jedoch der Sensorchip photounempfindlich sein, so können auch gummielastische Massen mit lichtabsorbierenden Partikeln, wie Rußpartikeln, eingesetzt werden.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die gummielastische Masse einen Silikongummi aufweist. Derartige Silikongummi haben sich als Entkopplungsmassen zwischen dem starren Hohlraumgehäuse des Halbleitersensorbauteils und dem Sensorchip bewährt.

Weiterhin steht vorzugsweise der Sensorchip über Bonddrähte, wie bereits oben erwähnt, und über Durchkontakte durch das Hohlraumgehäuse mit Außenkontakten des Halbleitersensorbauteils elektrisch in Verbindung. Dabei haben die Bonddrähte den Vorteil, dass sie mit nur wenigen Mikrometern Durchmesser ausgeführt werden können und somit die mechanische Entkopplung von dem starren Hohlraumgehäuse und den starren Durchkontakten sowie den Außenkontakten von dem Sensorchip unterstützen.

Gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 weist das Hohlraumgehäuse einen Boden auf, der seinerseits stiftförmige Durchgangsöffnungen aufweist. Diese Durchgangsöffnungen sind derart angeordnet, dass der Sensorchip einerseits für Transporte und für die Montage durch entsprechende Stifte, die durch die Öffnung im Boden des Hohlraumgehäuses geführt werden, mechanisch gestützt werden kann. Außerdem haben diese Öffnungen den Vorteil, dass der Sensorchip beim Bondvorgang, d.h. bei der Herstellung des Halbleiterbauteils, über diese Öffnungen und über entsprechende Stützen und/oder Abstandshalter im Bonden mechanisch gestützt werden kann, sodass eine zuverlässige Bondverbindung zwischen Bonddraht und Kontaktflächen an der Oberseite des Sensorchips ermöglicht wird.

Gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 weist das Hohlraumgehäuse mindestens einen Boden und Seitenwände auf, die den Hohlraum seitlich begrenzen, wobei in dem Boden stiftförmige Durchgangsöffnungen vorhanden sind für entfernbare Enden von Abstandshaltern, die ein Widerlager für eine Anordnung und Anbringen von Bonddrähten auf einem auf den Enden der Abstandshalter positionierten Sensorchip bilden. Diese Konstruktion des Bodens wird technisch durch die im Hohlraumboden vorgesehenen Durchgangsöffnungen erreicht. Der nach Entfernen der Widerlager für das Bonden des Sensorchips freigegebene Sensorchip in der gummielastischen Masse ist mechanisch von dem starren Hohlraumgehäuse entkoppelt, sodass seine Messwerte durch das starre Hohlraumgehäuse nicht beeinträchtigt werden.

Vorzugsweise sind die Abstandshalter Stifte, die durch den Boden hindurch in den Hohlraum hineinragen und aus dem Boden herausragen. Diese Stifte sind derart dimensioniert, dass sie exakt den Bereich des Sensorchips stützen, der durch das Bonden am stärksten belastet wird. Um den Halbleiterchip auf diesen Abstandshaltern zu fixieren, ist bereits der untere Bereich der gummielastischen Masse auf den Boden aufgebracht, so dass der Halbleiterchip mit Hilfe der gummielastischen Masse seitlich gehalten und von unten durch die Abstandshalter gestützt ist.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren nach Anspruch 6 zur Herstellung eines Halbleitersensors mit einem Hohlraumgehäuse und einem in dem Hohlraum des Gehäuses angeordneten Sensorchip mit Sensorbereich weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Hohlraumgehäuse mit einer dem Sensorbereich zugewandten Öffnung und mit inneren Leiterbahnen und Außenkontakten und einem Hohlraumboden sowie den Hohlraumboden umgebenden Seitenwänden hergestellt, wobei die inneren Leiterbahnen mit den Außenkontakten vorzugsweise über Durchkontakte oder über Flachleiterbahnen verbunden sind. Bei dem Herstellen des Hohlraumgehäuses werden sowohl der Hohlraumboden als auch die den Hohlraumboden umgebenden Seitenwände z.B. aus einem starren Kunststoffmaterial in einem Spritzgussverfahren hergestellt.

Bei dem Spritzgussvorgang werden gleichzeitig aus dem Hohlraumboden herausragende Enden von stiftförmigen Abstandshaltern in den Hohlraumboden eingegossen, wobei Anordnung und Größe der Abstandshalter an die flächige Erstreckung des Halbleiterchips so angepasst werden, dass die Enden der Abstandhalter Widerlager für ein Anordnen und Anbringen von Bonddrähten auf einem auf den Enden des Abstandshalters zu positionierenden Sensor-Halbleiterchip bilden. In diesem Hohlraumgehäuse wird dann zunächst der Boden des Hohlraums mit einer gummielastischen Masse als ein unterer Bereich so weit aufgefüllt, dass mindestens die Abstandshalter bis zu ihren Enden von der gummielastischen Masse umhüllt sind.

Danach wird der Sensorchip mit seiner Rückseite auf die Enden der Abstandshalter unter Fixieren des Sensorchips mit Hilfe der gummielastischen Masse aufgebracht. Anschließend werden Bonddrähte auf entsprechenden Kontaktflächen auf der Oberseite des Sensorchips gegenüberliegend zu den Enden der Abstandshalter aufgebondet und auf entsprechende Kontaktanschlussflächen von inneren Leitern z.B. von Innenflachleitern des Hohlraumgehäuses angebracht. Danach werden Bonddrähte und der Sensorchip in die gummielastische Masse dadurch eingebettet, dass ein oberer Bereich der gummielastischen Masse aufgebracht wird, der sowohl die Randseiten des Sensorchips als auch den Sensorbereich des Sensorchips umhüllt. Die Abstandshalter können dann aus dem Boden unter Bilden von Durchgangsöffnungen in dem Boden des Hohlraumgehäuses entfernt werden.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Abstandshalter so lange den Sensorchip mechanisch stützen können, wie es für das Herstellungsverfahren, beispielsweise im Bondschritt, oder für den Transport und die Montage des Sensorchips an seinem Einsatzort erforderlich ist. Danach können die Abstandshalter, wie oben in dem Verfahren beschrieben wird, jederzeit entfernt werden, um den Sensorchip mechanisch vollständig vom starren Hohlraumgehäuse zu entkoppeln, um seine Sensorempfindlichkeit und Zuverlässigkeit zu erhöhen.

In einer bevorzugten Durchführung des Herstellungsverfahrens des Halbleitersensorbauteils wird zunächst zum Herstellen eines Hohlraumgehäuses mit inneren Leiterbahnen und Außenkontakten ein Flachleiterrahmen mit mehreren Gehäusepositionen hergestellt. Mittels Spritzgusstechnik werden dann die Seitenwände und der Boden mit eingegossenen Abstandshaltern in den Gehäusepositionen derart hergestellt, dass dazu die Abstandshalter vor dem Spritzgießen in einer Spritzgussform positioniert werden. Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass keine Bohrungen durch den Gehäuseboden nachträglich zum Positionieren der Abstandshalter vorgenommen werden müssen, sondern dass in einem einzigen Spritzgussprozess sowohl die Außenkontakte als auch die Innenflachleiter als auch die für die Abstandshalterung notwendigen Abstandshalter sämtlich bereits in der Spritzgussform vorpositioniert sind und somit ein Hohlraumgehäuse ergeben, das nach Fertigstellung des Flachleiterrahmens aus diesem herausgestanzt werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Flachleiterrahmen selbst die Abstandshalter auf, d.h. die Abstandshalter sind fest mit dem Flachleiterrahmen verbunden, so dass die Abstandshalter nach dem Spritzgussvorgang und nach dem Positionieren des Sensorchips und seiner Verbindung zu den Innenflachleitern mit dem Flachleiterrahmen von dem fertiggestellten Halbleiterbauteil entfernt werden kann. In diesem Fall entfällt die Möglichkeit, die Abstandshalter so lange als Stütze für den Sensorchip im Gehäuse zu belassen, bis dieses Halbleitersensorbauteil an seinem Einsatzort eingesetzt ist. Jedoch besteht die Möglichkeit nach dem Herausnehmen der Abstandshalter aus dem Flachleiterrahmen, dass Transportabstandshalter in den Hohlraumgehäuseboden eingebracht werden.

Vorzugsweise wird das Auffüllen des Bodens in dem Hohlraum des Hohlraumgehäuses sowohl für den unteren Bereich als auch für den oberen Bereich mit einer gummielastischen Masse mittels einer Dispense-Technik durchgeführt. Diese Technik hat den Vorteil, dass sie äußerst schonend den Sensorchip mit den Bonddrähten in eine gummielastische Masse einbettet. Als Verfahren für das Anbringen von Bonddrähten auf Kontaktflächen des Sensorchips hat sich ein Thermokompressions- oder ein Thermosonik-Bonden bewährt. Das Entfernen der Abstandshalter kann auch mittels Ätztechnik erfolgen, wenn die Möglichkeit ausgeschlossen ist, die Abstandshalter ohne Beschädigung des Sensorchips aus dem Bodenbereich des starren Hohlraumgehäuses zu entfernen. Bei dieser Ätztechnik wird die Ätzlösung auf das Metall der Abstandshalter abgestimmt, ohne dass dabei die Außenkontakte angeätzt oder die gummielastische Masse beschädigt wird.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit den vorliegenden Erfindungen in das Gehäuse Stifte eingeführt werden, um den Sensorchip während der Fertigung des Transports und der Montage zu stabilisieren. Dadurch kann als Chipklebstoff in vorteilhafter Weise ein extrem weiches gummielastische Material eingesetzt werden. Der Sensorchip selbst kann während des Drahtbondens jedoch nicht in Schwingungen geraten, da die Stifte ihn stützen. Abschließend können die Stifte wieder von dem Gehäuse entfernt werden, was davon abhängig gemacht werden kann, ob dieses noch vor dem Transport und der Montage geschehen soll oder nicht.

Mit diesen Erfindungen wird erreicht, dass

  • 1. der Chip komplett in ein extrem weiches gummielastisches Material eingebettet werden kann und somit mechanisch auch komplett von dem starren Hohlraumgehäuse entkoppelt ist.
  • 2. ein einziges gummielastisches Material sowohl für das Fixieren des Sensorchips auf den Abstandshaltern als auch zum Einbetten des Sensorchips verwendet wird.
  • 3. beim Einsatz des Halbleitersensorbauteils auf den Sensorchip und insbesondere auf die Sensormembran im Sensorbereich keine unmittelbaren mechanischen Kräfte einwirken.
  • 4. andererseits durch Stifte bzw. durch Abstandshalter für das Drahtbonden die notwendige mechanische Stabilität erreicht wird.
  • 5. die Stifte als Funktion eines definierten Abstandshalters zeitweise im Bauteil verbleiben oder unmittelbar nach dem Drahtbonden und dem Chipverguss wieder aus dem Bodenbereich des Hohlraumgehäuses entfernt werden können;
  • 6. eine komplette mechanische Entkopplung von vorzugsweise Drucksensorchips durch das erfindungsgemäße Konzept für die Chipbefestigung während der Belastungen durch das Drahtbonden erreicht wird.

Die Erfindungen werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitersensorbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1;

2 bis 7 zeigen schematische Querschnitte durch ein Hohlraumgehäuse während unterschiedlicher Herstellungsphasen eines Halbleitersensorbauteils nach einem Ausführungsbeispiel gemäß Anspruch 6;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Hohlraumgehäuse;

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse gemäß 2 nach Einbringen eines unteren Bereichs einer gummielastischen Masse;

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse gemäß 3 nach Aufbringen eines Sensorchips auf den unteren Bereich der gummielastischen Masse;

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse gemäß 4 nach einem elektrischen Verbinden des Sensorchips mit Innenflachleitern;

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse gemäß 5 nach Aufbringen eines oberen Bereichs einer gummielastischen Masse;

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse gemäß 6 nach Entfernen von Abstandshaltern aus dem Bodenbereich des Hohlraumgehäuses.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitersensorbauteil 20 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1. Das Halbleitersensorbauteil 20 weist ein Hohlraumgehäuse 1 auf. Der Hohlraum 2 des Hohlraumgehäuses 1 ist, wie 1 zeigt, nach oben offen. Diese Öffnung 5 ermöglicht dem Halbleitersensorbauteil 20, eine physische Verbindung zu der Umgebung 6 aufrecht zu erhalten. Deshalb ist der Sensorbereich 4 eines Sensorchips 3, der in dem Hohlraum 2 des Hohlraumgehäuses 1 angeordnet ist, dieser Öffnung 5 zugewandt. In dem Hohlraum 2 des Hohlraumgehäuses 1 ist dieser Sensorchip 3 allseitig in eine gummielastische Masse 7 eingebettet.

Durch die Konstruktion dieses Halbleitersensorbauteils 20 wird mechanisch das starre Hohlraumgehäuse 1 von dem Sensorchip 3 durch das Einbetten des Sensorchips 3 in eine allseitig umgebende gummielastische Masse 7 entkoppelt. Somit können die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Materialien des Hohlraumgehäuses 1, der elektrischen Zuleitungen und des Sensorchips 1 nicht zu thermischen Verspannungen führen, da diese unterschiedlichen Ausdehnungen bei thermischen Belastungen von der gummielastischen Masse 7 ausgeglichen bzw. nicht auf den Sensorchip übertragen werden. Auch Vibrationsbelastungen für das starre Hohlraumgehäuse 1 können sich nur bedingt bzw. stark gedämpft auf den Sensorchip auswirken. Somit ergibt sich eine höhere Zuverlässigkeit dieses Halbleitersensorbauteils 20 gegenüber herkömmlichen Halbleitersensorbauteilen.

Die gummielastische Masse 7 ist in 1 einheitlich gekennzeichnet, jedoch besteht sie aus zwei Bereichen. Ein unterer Bereich 8 ist hauptsächlich unterhalb des Sensorchips 3 angeordnet und deckt die Rückseite 10 des Sensorchips ab. Ein oberer Bereich 9 der gummielastischen Masse 7 ist hauptsächlich auf der Oberseite 13 des Sensorchips 3 angeordnet und bedeckt teilweise die Randseiten 11 und 12 des Sensorchips und bettet Bonddrähte 14, an denen der Sensorchip mit seinen Kontaktflächen 24 hängt, in die gummielastische Masse 7 ein.

Ein Sensorbereich 4 ist zentral in der Mitte des Sensorchips 3 angeordnet, während auf den Randbereichen des Sensorchips die Bonddrähte 14 enden. Die Bonddrähte 14 weisen einen Querschnitt auf, der nur wenige Mikrometer in seinem Radius beträgt, so dass die Bonddrähte selbst die einzige mechanische und elektrische Verbindung zu dem starren Hohlraumgehäuse 1 darstellen. Dazu sind die Bonddrähte 14 auf innere Flachleiterbahnen 23 aufgebondet, so dass Messsignale von dem Sensorchip 3 über die Bonddrähte 14 zu den inneren Flachleiterbahnen 23 und von dort über Durchkontakte 15 zu Außenkontakten 16 geleitet werden können.

Der Boden 17 des Hohlraumgehäuses 1 weist Durchgangsöffnungen 18 auf, die sich auch durch den unteren Bereich 8 der gummielastischen Masse 7 erstrecken. In diese Durchgangsöffnungen 18 können für Transport und Montage Abstandshalter eingebracht werden, um die Lage des Sensorchips bei Transport und Montage zu gewährleisten. Erst nach erfolgter Montage im Einsatzbereich des Halbleitersensorbauteils 20 müssen dann diese Abstandshalter unter Freigabe des Sensorchips aus dem Boden 17 des Hohlraumgehäuses 1 entfernt werden. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Boden 17 von Seitenwänden 19, durch welche die Durchkontakte 15 die Signale nach außen zu den Außenkontakten 16 führen, umgeben.

Die 2 bis 7 zeigen schematische Querschnitte durch ein Hohlraumgehäuse 1 während unterschiedlicher Herstellungsphasen eines Halbleitersensorbauteils 20 gemäß eines Ausführungsbeispiels nach Anspruch 6. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und in den nachfolgenden 2 bis 7 nicht extra erörtert.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Hohlraumgehäuse 1. Das Hohlraumgehäuse 1 ist aus einer Kunststoffgehäusemasse 27 aufgebaut und weist einen Boden 17 und den Boden 17 umgebende Seitenwände 19 auf, in denen Flachleiter 25 verankert sind. Diese Flachleiter 25 sind Teil eines Flachleiterrahmens, der mehrere Hohlraumgehäusepositionen aufweist. In jeder der Hohlraumgehäusepositionen wird mit Hilfe eines Spritzgussverfahrens ein derartiges Hohlraumgehäuse 1 eingeformt. Das hier vorliegende Hohlraumgehäuse 1 weist im Hohlraumboden 17 eingegossene Abstandshalter 22 auf, die hier die Form von Stiften mit spitz zulaufenden Enden 21 der Abstandshalter 22 aufweisen. Diese Abstandshalter 22 werden in dem Hohlraumboden so angeordnet, dass ihre Enden 21 über das Niveau des Hohlraumbodens in den Hohlraum 2 hineinragen und in der Lage sind, einen Sensorchip 3 beim Bonden, beim Transport und/oder bei der Montage zu stützen und auf Abstand zu halten. An den Seitenwänden 19 befinden sich im Bodenbereich innere Leiterbahnen 23, die im Hohlraum in beschichtete Bondflächen 26 übergehen. Diese Bondflächen 26 sind über Durchkontakte 15 mit den Außenkontakten 16 elektrisch verbunden.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse 1 gemäß 2 nach Einbringen eines unteren Bereichs der gummielastischen Masse 7. Dabei wird die gummielastische Masse 7 in einem zäh viskosen Zustand gehalten, so dass ein Sensorchip in den unteren Bereich 8 der gummielastischen Masse 7 eingeformt werden kann, bis er die Enden 21 der Abstandshalter 22 berührt.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse 1 gemäß 3 nach Aufbringen eines Sensorchips 3 auf den unteren Bereich 8 der gummielastischen Masse 7. Dabei liegt die Rückseite 10 des Sensorchips 3 haftschlüssig auf den Enden 21 der Abstandshalter 22, die im Boden 17 des Hohlraumgehäuses 1 angeordnet sind, auf. Durch die zu den Randseiten 11 und 12 hin verdrängte gummielastische Masse 7 wird der Sensorchip 3 auch in den horizontalen Raumrichtungen fixiert, so dass ein sicheres Bonden von Bonddrähten auf den Kontaktflächen 24 des Sensorchips 3 möglich ist.

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse 1 gemäß 4 nach einem elektrischen Verbinden des Sensorchips mit Innenflachleitern 25. Dazu werden die Bonddrähte 14 mit einem Bondstichel auf die Kontaktflächen 24 des Sensorchips 3 gebondet und anschließend werden die Bonddrähte 14 auf den Bondflächen 26 der Flachleiter 25 in dem Hohlraumgehäuse 1 angebracht. Beim Bonden, das eine Belastung für den Sensorchip 3 darstellt, wird durch die Abstandshalter 22, die aus dem Boden 17 des Hohlraumgehäuses 1 herausragen, der Sensorchip 3 derart gestützt, dass zuverlässige Bondverbindungen zwischen den Kontaktflächen 24 des Sensorchips 3 und den Bonddrähten 14 entstehen.

6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse 1 gemäß 5 nach Aufbringen des oberen Bereichs 9 einer gummielastischen Masse 7. Dabei werden die Bonddrähte 14, die Randseiten 11 und 12 des Halbleiterchips 3 und die Oberseite 13 des Halbleiterchips 3 in die gummielastische Masse 7 eingebettet. Somit ist nun der Sensorchip 3 vollständig von einer gummielastischen Masse umgeben, lediglich die Abstandshalter 22 sorgen für eine mechanische Kopplung zum starren Hohlraumgehäuse 1. Diese Kopplung kann beibehalten werden, bis der Transport und die Montage des Halbleitersensorbauteils 20 abgeschlossen ist. Danach können die Abstandshalter 22 von dem Boden 17 entfernt werden.

7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse 1 gemäß 6 nach Entfernen der Abstandhalter 22 aus dem Boden 17 des Hohlraumgehäuses 1. Damit entspricht nun der schematische Querschnitt durch dieses Halbleiterbauteil 20 der 7 dem schematischen Querschnitt, der in 1 bereits gezeigt wird.

1Hohlraumgehäuse 2Hohlraum 3Sensorchip 4Sensorbereich 5Öffnung des Hohlraumgehäuses 6Umgebung 7gummielastische Masse 8unterer Bereich der gummielastischen Masse 9oberer Bereich der gummielastischen Masse 10Rückseite des Sensorchips 11Randseite des Sensorchips 12Randseite des Sensorchips 13Oberseite des Sensorchips 14Bonddrähte 15Durchkontakte 16Außenkontakt 17Bonden des Hohlraumgehäuses 18Durchgangsöffnung im Boden 19Seitenwand 20Halbleitersensorbauteil 21Enden der Abstandshalter 22Abstandshalter 23innere Leiterbahnen 24Kontaktflächen des Sensorchips 25Flachleiter 26Bondflächen 27Kunststoffgehäusemasse

Anspruch[de]
  1. Halbleitersensorbauteil mit einem Hohlraumgehäuse (1) und einem in dem Hohlraum (2) des Gehäuses (1) angeordneten Sensorchip (3) mit Sensorbereich (4), wobei das Hohlraumgehäuse (1) eine Öffnung (5) zur Umgebung (6) aufweist, und der Sensorbereich (4) der Öffnung (5) zugewandt ist, und wobei der Sensorchip (3) in dem Hohlraum (2) des Gehäuses (1) allseitig in eine gummielastische Masse (7) eingebettet ist und wobei das Hohlraumgehäuse (1) mindestens einen Boden (17) und Seitenwände (19) aufweist, die den Hohlraum (2) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (17) stiftförmige Durchgangsöffnungen (18) aufweist, die sich bis zur Rückseite des Sensorchips (3) in die gummielastische Masse (7) hinein fortsetzen.
  2. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gummielastische Masse (7) zwei Bereiche (8, 9) aufweist, einen unteren Bereich (8) unterhalb des Sensorchips (3), auf dem die Rückseite (10) des Sensorchips (3) angeordnet ist und einen oberen Bereich (9), in den die Randseiten (11, 12) und die Oberseite (13) des Sensorchips (3) mit dem Sensorbereich (4) eingebettet ist.
  3. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 1 Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gummielastische Masse (7) ein optisch transparentes Elastomer aufweist.
  4. Halbleitersensorbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gummielastische Masse (7) Silikongummi aufweist.
  5. Halbleitersensorbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (3) über Bonddrähte (14) und Durchkontakte (15) durch das Hohlraumgehäuse (1) mit Außenkontakten (16) des Halbleitersensorbauteils (20) elektrisch in Verbindung steht.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensorbauteils (20) mit einem Hohlraumgehäuse (1) und einem in dem Hohlraum (2) des Gehäuses (1) angeordneten Sensorchip (3) mit Sensorbereich (4), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

    – Herstellen eines Hohlraumgehäuses (1) mit einer dem Sensorbereich (4) zugewandten Öffnung (5) und mit inneren Leiterbahnen (23) und Außenkontakten (16) und einem Hohlraumboden (17), sowie den Hohlraumboden (17) umgebenden Seitenwänden (19) und aus dem Hohlraumboden (17) herausragenden Enden (21) von stiftförmigen Abstandshaltern (22), wobei Anordnung und Größe der Abstandhalter (22) an die flächige Erstreckung der Rückseite (10) eines Sensorchips (3) so angepasst werden, dass die Enden (21) der Abstandshalter (22) Widerlager für ein Anordnen und Anbringen von Bonddrähten (14) auf einem auf den Enden (21) der Abstandshalter (22) positionierten Sensorchip (3) bilden;

    – Auffüllen des Bodens (17) des Hohlraums (2) des Hohlraumgehäuses (1) mit einer gummielastischen Masse (7) mindestens bis zu den Enden (21) der Abstandhalter (22) durch die Öffnung (5);

    – Aufbringen eines Sensorchips (3) mit seiner Rückseite (10) auf die Enden (21) der Abstandshalter (22) unter Fixieren des Sensorchips (3) auf der gummielastischen Masse (7);

    – Anbringen von Bonddrähten (14) auf Kontaktflächen (24) des Sensorchips (3);

    – Einbetten der Bonddrähte (14) und des Sensorchips (3) in die gummielastische Masse (7);

    – Entfernen der Abstandshalter (22) aus dem Boden (17) unter Bilden von Durchgangsöffnungen (18) im Boden (17) des Hohlraumgehäuses (1).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen eines Hohlraumgehäuses (1) mit inneren Leiterbahnen (23) und Außenkontakten (16) zunächst ein Flachleiterrahmen mit mehreren Gehäusepositionen hergestellt wird, wobei mittels Spritzgusstechnik die Seitenwände (19) und der Boden (17) mit eingegossenen Abstandhaltern (22) in den Gehäusepositionen hergestellt werden und dazu die Abstandhalter (22) vor dem Spritzgießen in einer Spritzgussform positioniert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flachleiterrahmen die Abstandshalter (22) aufweist, die nach dem Spritzgussvorgang mit dem Flachleiterrahmen von den fertiggestellten Halbleitersensorbauteilen (20) entfernt werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffüllen des Bodens (17) des Hohlraums des Hohlraumgehäuses (1) mit einer gummielastischen Masse (7) mittels Dispenstechnik erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbringen von Bonddrähten (14) auf Kontaktflächen (24) des Sensorchips (3) mittels Thermokompressions- oder Thermosonicbonden erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Abstandshalter (22) mittels Ätztechnik erfolgt.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com