DE19826426C2

DE19826426C2 - Miniaturized electronic system and method for its manufacture

Info

Publication number: DE19826426C2
Application number: DE1998126426
Authority: DE
Inventors: Thomas Sichting; Andreas Lutz; Volker Hoenig
Original assignee: Elbau Elektronik Bauelemente Berlin GmbH
Current assignee: First Sensor AG
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2018-06-17
Also published as: DE19826426A1

Description

Die Erfindung betrifft ein miniaturisiertes, elektronisches System, wie Sonsorsystem, Sen sorelement sowie Aktuatorsystem.The invention relates to a miniaturized, electronic system, such as a sensor system, Sen sensor element and actuator system.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung formschlüssiger, gasdichter und elektrisch leitender Verbindungen derartiger elektronischer Systeme.Furthermore, the invention relates to a method for producing positive, gas-tight and electrically conductive connections of such electronic systems.

Diese Systeme benötigen sowohl eine elektrische Kontaktierung als auch funktionell eine mediendichte bzw. druckdichte Zuführung des Meßmediums. Dabei ist es bekannt, in mehre ren verschiedenen Verfahrensschritten die elektrische Kontaktierung und Montage des Systems herzustellen. Dazu werden beispielsweise Klebeverfahren oder mechanische Dicht verfahren mit elektrischen Kontaktierungsverfahren, wie z. B. Mikrodrahtschweißen oder Löttechnologien, kombiniert angewendet. Zusätzlich ist es erforderlich, zur Realisierung der mediendichten Zuführung bzw. Trennung der Medien zur Aktuator- bzw. Sensoroberfläche spezielle Gehäusegestaltungen zu verwenden.These systems require both electrical contacting and functional one media-tight or pressure-tight supply of the measuring medium. It is known in several Ren different process steps, the electrical contacting and assembly of the System. For example, adhesive processes or mechanical sealing procedure with electrical contacting methods, such as. B. micro wire welding or Soldering technologies, applied in combination. In addition, it is necessary to implement the media-tight supply or separation of the media to the actuator or sensor surface to use special housing designs.

Nachteilig für die Aktuator- und Sensorsysteme ist die ungünstige Anordnung von Materia lien mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften auf engstem Raum. Dies führt beispielsweise zu mechanischen Streßerscheinungen, die die Eigenschaften des Aktuator- oder Sensorsystems negativ beeinflussen und die Funktion gefährden.The disadvantageous arrangement of materia is disadvantageous for the actuator and sensor systems lien with different physical and chemical properties in the smallest of spaces. This leads to mechanical stress, for example, which affects the properties of the Adversely affect actuator or sensor systems and endanger the function.

Weiterhin müssen unterschiedliche Technologien mit sich z. T. widersprechenden Anforde rungen an die zu verwendenden Werkstoffe kombiniert werden. Daraus resultiert ein höherer Material-, Zeit- und Arbeitsaufwand. Furthermore, different technologies have to be used e.g. T. conflicting requirement the materials to be used. This results in a higher one Material, time and effort.

Es sind bei der Anwendung des Mikrodrahtschweißens für Mikrosysteme spezielle Gehäuse zum Schutz der Mikrodrähte vor Umwelteinflüssen erforderlich. Bekannt ist beispielsweise die Montage von kapazitiven oder piezoresistiven Halbleiterdrucksensorchips mittels Epoxid harz auf Trägermaterialien wie Keramik oder Leiterplattenmaterial. Die elektrische Kontak tierung erfolgt bei diesen Lösungen durch Ultraschall-Drahtbonden mit Aluminiumdraht oder Thermosonic-Drahtbonden mit Golddraht. Der Druckanschluß wird über ein Konstruktionsteil aus Kunststoff oder Metall erzeugt.There are special housings when using micro wire welding for microsystems required to protect the micro wires from environmental influences. For example, is known the assembly of capacitive or piezoresistive semiconductor pressure sensor chips using epoxy resin on carrier materials such as ceramics or circuit board material. The electrical contact These solutions are made using ultrasonic wire bonding with aluminum wire or Thermosonic wire bonding with gold wire. The pressure connection is via a construction part made of plastic or metal.

Speziell ist gemäß der DE 43 21 804 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Kleinbauelemen ten, insbesondere Drucksensoren oder ähnlichen Sensoren bekannt.According to DE 43 21 804 A1, a method for producing small building elements is special ten, in particular pressure sensors or similar sensors known.

Diese sind aus wenigstens zwei aufeinander geschichteten Einzeleinheiten aufgebaut. Es wird ein Wafer hergestellt, der eine Vielzahl von Halbleitereinzeleinheiten aufweist. Außerdem wird ein Verbindungsformstück hergestellt, das eine Vielzahl von Verbindungseinzeleinheiten aufweist, wobei die Halbleitereinzeleinheiten und die Verbindungseinzeleinheiten einander größenmäßig entsprechen und regulär auf dem Wafer bzw. dem Verbindungsformstück angeordnet sind. In einem einzigen Verfahrensschritt werden alle Einzeleinheiten des Wafers und des Verbindungsformstücks miteinander verbunden. Dieser geschichtete Aufbau wird danach zur Bildung der Kleinbauelemente geschnitten. Zur Kontaktierung der Halbleiterein zeleinheiten kann eine Verbindungsfolie mit Leiterbahnen entlang Stegen auf den Halblei tereinzeleinheiten angebracht werden.These are made up of at least two individual units stacked on top of one another. It will manufactured a wafer having a plurality of semiconductor individual units. Moreover a connection fitting is produced which has a plurality of connection individual units having, the semiconductor individual units and the connection individual units each other correspond in size and regular on the wafer or the connection molding are arranged. In a single process step, all individual units of the wafer and the connecting fitting connected together. This layered structure will then cut to form the small components. For contacting the semiconductors Individual units can be a connecting film with conductor tracks along webs on the half lead the individual units can be attached.

Hiernach ist gemäß der Fig. 5 besagter Schrift eine Ausführungsform insbesondere für Klein bauelemente vorgesehen, die aus mehr als zwei aufeinander geschichteten Einzeleinheiten aufgebaut sind. Bei diesem Verfahren wird zusätzlich zu der Herstellung des Silizium-Wafers und des Verbindungsformstücks ein zusätzliches Trägerformstück hergestellt. Dieses Träger formstück trägt eine Vielzahl von Trägeruntereinheiten, die größenmäßig den Waferunterein heiten der Halbleitereinzeleinheiten und den Verbindungseinzeleinheiten entsprechen. Bei den weiteren Trägeruntereinheiten des Trägerformstücks kann es sich um Trägerstücke, Abstands stücke und weitere elektrische Schaltungen etc. handeln. Bei dem so gezeigten Verfahren werden der Wafer, das Trägerformstück und das Verbindungsformstück zueinander ausge richtet, so daß alle jeweiligen Einzeleinheiten einander gegenüberliegen.According to FIG. 5 said document, an embodiment is provided in particular for small components which are constructed from more than two individual units stacked on one another. With this method, in addition to the production of the silicon wafer and the connection molding, an additional carrier molding is produced. This carrier molding carries a plurality of carrier sub-units, the size of the wafer sub-units of the semiconductor individual units and the connection individual units correspond. The other support subunits of the support molding can be support pieces, spacers and other electrical circuits etc. In the method shown in this way, the wafer, the carrier molding and the connecting molding are aligned with one another so that all of the individual units are opposite one another.

In einem weiteren Schritt wird der Wafer zuerst mit dem Trägerformstück verbunden. Danach erfolgt die weitere Verbindung zum Verbindungsformstück. Dies kann wiederum durch eutektisches oder anodisches Bonden geschehen. Danach werden der Wafer, das Trägerform stück und das Verbindungsformstück gleichzeitig geschnitten, so daß eine Vielzahl von Kleinbauelementen hergestellt wird, die aus mehr als zwei Einzeleinheiten bestehen.In a further step, the wafer is first connected to the carrier molding. After that the further connection to the connection fitting takes place. This can be done by eutectic or anodic bonding happen. After that, the wafer, the carrier shape cut piece and the connecting fitting at the same time, so that a variety of Small components are made that consist of more than two individual units.

Obwohl gleichzeitig eine Ausrichtung des Wafers, des Trägerformstücks und des Verbin dungsformstücks vorgenommen wird, ist es auch möglich, zunächst den Wafer und das Trägerformstück zueinander auszurichten und miteinander zu verbinden und danach die jeweilige Verbundschicht zu dem Verbindungsformstück auszurichten und damit zu verbin den.Although at the same time alignment of the wafer, the carrier molding and the connector tion molding is made, it is also possible to first the wafer and that Align carrier molding to each other and to connect with each other and then the align the respective composite layer to the connection fitting and to connect the.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens umfaßt die Anbringung, z. B. das Aufkleben oder ein anderes geeignetes Kontaktierungsverfahren, einer Verbindungsfolie an den Halblei tereinzeleinheiten der Kleinbauelemente und ist in einer Fig. 6 dargestellt. Die Verbindungs folie ist so ausgestaltet, z. B. ausgestanzt, daß sie Einzelanschlüsse aufweist, die jeweils Anschlußflecken an den Halbleitereinzelheiten entsprechen und diesen gegenüberliegen. Die Verbindungsfolie weist Leiterbahnen entlang Stegen auf, die mit diesen Einzelanschlüssen verbunden sind. Die Leiterbahnen sind z. B. mit einer Auswerteelektronik für die Kleinbau elemente verbunden. Die Verbindungsfolie ist für jedes Kleinbauelement getrennt vorgesehen und weist eine kreisförmige Gestalt mit Ausstanzungen auf.Another embodiment of the method comprises the attachment, e.g. B. the gluing or another suitable contacting method, a connecting film on the semiconductor tereinzel Units of small components and is shown in Fig. 6. The connection film is designed such. B. punched out that it has individual connections, each of which correspond to connection pads on the semiconductor details and these are opposite. The connecting film has conductor tracks along webs which are connected to these individual connections. The conductor tracks are e.g. B. connected to a transmitter for small building elements. The connection film is provided separately for each small component and has a circular shape with punched-out areas.

Die Verbindungsfolie soll nun so verbunden werden, daß nur die Einzelanschlüsse auf den jeweiligen Anschlußflecken der Halbleitereinzelheit zu liegen kommen. Durch die Anbrin gung einer derartigen Verbindungsfolie soll eine spannungsfreie Verbindung zwischen den Halbleitereinzelheiten und der Auswerteelektronik hergestellt werden.The connecting film should now be connected so that only the individual connections on the respective pads of the semiconductor detail come to rest. By the Anbrin Such a connection film should provide a tension-free connection between the Semiconductor details and the evaluation electronics are manufactured.

Die Verbindungsfolie besteht aus flexiblem Kunststoff, beispielsweise Polyimid. Die Formge staltung einer Verbindungsfolie mit derartigen Einzelanschlüssen bezweckt eine geringst mögliche Krafteinleitung auf das Kleinbauelement.The connecting film is made of flexible plastic, for example polyimide. The shape The design of a connection film with such individual connections is the least possible possible application of force to the small component.

Schließlich sind entsprechend der DE 43 23 799 A1 eine Halbleiteranordnung und ein Verfah ren zu ihrer Herstellung bekannt.Finally, according to DE 43 23 799 A1, a semiconductor arrangement and a method are Ren known for their manufacture.

Diese Halbleiteranordnung umfaßt einen Halbleiter-Chip und eine Schaltungsplatine. Der Chip weist eine erste Fläche auf, auf welcher ein Hauptbereich geformt ist. Auf dieser Fläche sind zahlreiche Chipelektroden und eine letztere umgebende rahmenförmige Elektrode geformt. Auf den Chipelektroden und der rahmenförmigen Elektrode sind Kontaktwarzen bzw. ein Wandelement aus Lötmetall erzeugt. Die Schaltungsplatine weist eine erste, der ersten Fläche des Chips zugewandte Fläche auf, auf welcher mehrere Platinenelektroden und eine rahmenförmige Elektrode so angeordnet sind, daß sie den Chipelektroden und der rahmenförmigen Elektrode entsprechen. In einem Zustand, in welchem der Chip und die Platine einander zugewandt sind, erfolgt eine Wärmebehandlung, um die Kontaktwarzen und das Wandelement durch Fließlöten gleichzeitig mit der Platine zu verbinden. Das Wandele ment verbindet den Chip mit der Platine, wobei es den Hauptbereich und die Kontaktwarzen ununterbrochen umschließt, so daß zwischen dem Chip und der Platine im wesentlichen ein geschlossener Raum geformt wird.This semiconductor device comprises a semiconductor chip and a circuit board. The Chip has a first surface on which a main area is formed. On this surface are numerous chip electrodes and a frame-shaped electrode surrounding the latter shaped. There are contact warts on the chip electrodes and the frame-shaped electrode or a wall element made of solder. The circuit board has a first one, the first surface of the chip facing surface on which a plurality of circuit board electrodes and a frame-shaped electrode are arranged so that they the chip electrodes and the correspond to the frame-shaped electrode. In a state in which the chip and the The board is facing each other, heat treatment is carried out around the contact warts and to connect the wall element to the circuit board at the same time by flow soldering. The change ment connects the chip to the board, being the main area and the contact warts continuously encloses so that essentially one between the chip and the board closed space is formed.

Eine in den Fig. 1 und 2 obiger Schrift dargestellte Halbleiteranordnung ist dadurch gekenn zeichnet, daß ein Halbleiter-Chip mit einer Schaltungsplatine über ein aus Lötmetall beste hendes Wandelement sowie innerhalb des Wandelements geformte Kontaktwarzen verbunden ist. Auf dem Halbleiter-Chip sind Signalelektrodenherausführ-Anschlußpads und ein rahmen förmiges Pad, das aus dem gleichen Werkstoff und im gleichen Arbeitsgang wie die Anschlußpads geformt worden ist, vorgesehen. Das Lötmetall-Wandelement ist zwischen dem rahmentörmigen Pad und einer rahmentörmigen Elektrode auf der Schaltungsplatine verbun den bzw. gebonded. Auf ähnliche Weise sind Anschlußelektroden auf der Schaltungsplatine mit den Kontaktwarzen verbunden bzw. gebonded. Beim vorliegenden Beispiel sind die Anschlußelektroden über Öffnungen mit internen Drähten bzw. Leitern verbunden.A and shown in FIGS . 1 and 2 above semiconductor device is characterized in that a semiconductor chip is connected to a circuit board via a best existing wall element made of solder and formed within the wall element contact warts. On the semiconductor chip, signal electrode lead-out connection pads and a frame-shaped pad, which is formed from the same material and in the same operation as the connection pads, are provided. The solder metal wall element is bonded or bonded between the frame-shaped pad and a frame-shaped electrode on the circuit board. Similarly, lead electrodes on the circuit board are bonded to the bumps. In the present example, the connection electrodes are connected to internal wires or conductors via openings.

Die rahmenförmige Elektrode und die Anschlußelektroden werden dadurch erhalten bzw. geformt, daß Titan, Nickel und Gold in dieser Reihenfolge auf einer Aluminiumschicht lami niert werden. Bei dieser Ausführungsform wird die rahmenförmige Elektrode als Blindelek trode (dummy) benutzt. Sie kann jedoch auch als eine der Signalleitungen benutzt werden. The frame-shaped electrode and the connection electrodes are thereby obtained or shaped that titanium, nickel and gold in this order lami on an aluminum layer be kidneyed. In this embodiment, the frame-shaped electrode is used as a blind lek trode (dummy) used. However, it can also be used as one of the signal lines.

Insbesondere dann, wenn es sich bei der Halbleiteranordnung um ein Hochfrequenzelement handelt, wird durch Verwendung der Elektrode als Masseleitung eine Abschirmwirkung erzielt.Particularly when the semiconductor arrangement is a high-frequency element is a shielding effect by using the electrode as a ground line achieved.

In der oberen Hälfte der Fig. 2 genannter Schrift ist ein Halbleiter-Chip gezeigt, von der Verbindungs- bzw. Übergangsfläche vom Wandelement und der Kontaktwarze sowie den Elektroden her gesehen, während die untere Hälfte eine Darstellung enthält, welche die Schaltungsplatine von der Verbindungs- oder Übergangsfläche her zeigt. Das Lötmetall- Wandelement ist längs einer Spaltlinie ausgebildet. Innerhalb des Wandelements sind Kontaktwarzen aus einem Lötmetall der gleichen Zusammensetzung ausgebildet. Auf der Schaltungsplatine, deren Hauptwerkstoff Glas-Epoxy (glasfaserverstärktes Epoxyharz) ist, sind die rahmenförmige Elektrode und die Anschlußelektroden in Positionen entsprechend denen des Wandelements bzw. der Kontaktwarzen geformt.A semiconductor chip is shown in the upper half of FIG. 2, seen from the connection or transition surface of the wall element and the contact lug and the electrodes, while the lower half contains a representation which shows the circuit board from the connection or transition area. The solder metal wall element is formed along a gap line. Contact warts are formed from a solder metal of the same composition within the wall element. On the circuit board, the main material of which is glass-epoxy (glass fiber reinforced epoxy resin), the frame-shaped electrode and the connection electrodes are shaped in positions corresponding to those of the wall element or the contact warts.

Durch Ausbildung des Wandelements in der Weise, daß es den aktiven Bereich oder Aktivbe reich des Halbleiter-Chips umschließt, kann der Aktivbereich von der Außenluft getrennt sein. Die Abdichtwirkung soll dadurch verbessert werden, daß der Vorgang des Fließlötens und Bondens der Kontaktwarzen und des Wandelements an der Schaltungsplatine in einer Inert gasatmosphäre, z. B. einer Stickstoffatmosphäre, stattfindet. Da der Aktivbereich durch den Chip selbst, die Schaltungsplatine und das Wandelement gegenüber der Außenumgebung getrennt oder isoliert ist, soll insbesondere dann, wenn es sich bei der Halbleiteranordnung um ein Hochfrequenzelement handelt, auch eine elektrische Abschirmwirkung erwartet werden.By designing the wall element in such a way that it is the active area or Aktivbe Richly encloses the semiconductor chip, the active area can be separated from the outside air. The sealing effect should be improved in that the process of flow soldering and Bonding the contact warts and the wall element to the circuit board in one inert gas atmosphere, e.g. B. a nitrogen atmosphere takes place. Since the active area through the Chip itself, the circuit board and the wall element in relation to the outside environment is separated or insulated, especially if it is in the semiconductor device an RF element is involved, an electrical shielding effect is also expected.

Bei der Anwendung dieser Erfindung in einer herkömmlichen Festkörper-Kamera, z. B. einer CCD-Anordnung, ist ein Abbildungselement-Chip an einem Keramikbauteil durch Preßbon den (die bonding) angebracht, wobei Verbindungs- oder Bonddrähte für elektrische Verbin dung benutzt sind, ein Inertgas in das Innere des Bauteils (der Kapsel) eingefüllt und eine Abdichtung durch Aufsetzen eines Deckglases auf die Oberseite erreicht ist. Das Deckglas ist mit dem Keramikbauteil mittels Glasbindung oder -klebung und eines Gießharzes verbunden, um eine luftdichte Abdichtung aufrecht zu erhalten.When using this invention in a conventional solid state camera, e.g. B. one CCD arrangement, is an imaging element chip on a ceramic component by means of a press receipt the (the bonding) attached, connecting or bonding wires for electrical connec are used, an inert gas is filled into the interior of the component (the capsule) and one Sealing is achieved by placing a cover slip on the top. The cover slip is connected to the ceramic component by means of glass bonding or gluing and a casting resin, to maintain an airtight seal.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Halbleiteranordnung, die umfaßt: Einen Halblei ter-Chip mit einer ersten Fläche, auf der ein Hauptbereich geformt ist, eine Anzahl von auf der ersten Chip-Fläche ausgebildeten Chipelektroden, eine dem Chip zugewandt oder gegen überstehend angeordnete Schaltungsplatine mit einer ersten Fläche, welche der ersten Fläche des Chips zugewandt ist, eine Anzahl von auf der Platine in Entsprechung zu den Chipelek troden angeordneten Platinenelektroden, eine Anzahl von Kontaktwarzen zum Verbinden der Chipelektroden mit den Platinenelektroden auf einer 1 : 1-Basis, wobei die Kontaktwarzen aus Lötmetall bestehen, und ein mit der ersten Fläche des Chips sowie der ersten Fläche der Platine verbundenes und zur Verbindung zwischen dem Chip und der Platine beitragendes Wandelement, welches den Hauptbereich ununterbrochen umgibt oder umschließt und damit im wesentlichen einen geschlossenen Raum zwischen dem Chip und der Platine bildet.Another object of the invention is a semiconductor device comprising: a semi-lead ter chip with a first surface on which a main region is formed, a number of on the first chip area formed chip electrodes, one facing the chip or against protruding circuit board with a first surface, which of the first surface facing the chip, a number of on the board corresponding to the chipelek Troden arranged board electrodes, a number of contact warts for connecting the Chip electrodes with the board electrodes on a 1: 1 basis, with the contact warts consist of solder, and one with the first surface of the chip and the first surface of the Board connected and contributing to the connection between the chip and the board Wall element that continuously surrounds or encloses the main area and thus essentially forms a closed space between the chip and the circuit board.

Insgesamt erfordern all diese Lösungen nach dem Stand der Technik einen hohen technologi schen Aufwand, der zu preisungünstigen und z. T. funktionell nachteiligen Produkten führt.Overall, all of these state-of-the-art solutions require a high level of technology the effort that is too inexpensive and z. T. leads functionally disadvantageous products.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein miniaturisiertes elektronisches System wie Sensor system, Sensorelement sowie Aktuatorsystem zu schaffen, bei dem verfahrensgemäß die Verbindung zwischen einem lötfähigen unverkappten Halbleiterchip und einem metallisierten Träger, dem ein Gehäuse zugeordnet ist, mittels eines direkten Lötverfahrens (Flip-Chip- Technologie) erfolgt, die gegenüber dem Stand der Technik kostengünstiger ist. Das miniatu risierte elektronische System soll funktionelle Vorteile gegenüber den herkünftigen aufwei sen, indem sowohl eine medien- als auch druckdichte Zuführung und Trennung eines beliebi gen Mediums zur Oberfläche des Sensorsystems, Sensorelementes oder Aktuatorsystems ermöglicht wird, wobei das System aus einem unverkappten Halbleiter-Drucksensor und einem metallischen Träger, der zumindest teilweise durch ein Gehäuse bedeckt ist, besteht und formschlüssig sowie gasdicht verbunden ist.The object of the invention is a miniaturized electronic system such as a sensor to create system, sensor element and actuator system, in which the Connection between a solderable, uncapped semiconductor chip and a metallized Carrier to which a housing is assigned by means of a direct soldering process (flip chip Technology), which is cheaper compared to the prior art. The miniatu The standardized electronic system is said to have functional advantages over the conventional ones by providing both media and pressure tight feeding and separation of any gene medium to the surface of the sensor system, sensor element or actuator system is made possible, the system consisting of an uncapped semiconductor pressure sensor and a metallic support, which is at least partially covered by a housing and is positively and gas-tight connected.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen nach den Ansprüchen 1 bis 11 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist den Merkmalen der Ansprüche 12 und 13 zu entnehmen.According to the invention this is solved with the features according to claims 1 to 11. The The method according to the invention can be gathered from the features of claims 12 and 13.

Demzufolge besteht das miniaturisierte elektronische System nach dem Kern der Erfindung aus folgenden Merkmalen:
Accordingly, the miniaturized electronic system according to the essence of the invention consists of the following features:

a) the semiconductor pressure sensor is flip-chip mountable and has a metallisie for it and an additional ring-shaped metallization,
b) the metallized carrier has at least one hole, at least one contact pad and an annular metallization surrounding the at least one hole,
c) the semiconductor pressure sensor and the metallized carrier are over the annular Metallizations by means of an annular solder seal mechanically and over the Metallization and the at least one contact pad electrically connected,
d) the housing has a separate feed for one or more media, the Feeders are connected to the semiconductor chip.

Bei dem erfindungsgemäßen miniaturisierten elektronischen System handelt es sich um einen Differenzdrucksensor mit zwei Löchern, die sich innerhalb zweier ringförmiger Lotdichtun gen befinden, und zwei getrennte Zuführungen, je eine für ein Messmedium und ein Umge bungsmedium, die über das jeweilige zugehörige Loch in räumlicher Verbindung mit dem Halbleiter-Drucksensor stehen.The miniaturized electronic system according to the invention is a Differential pressure sensor with two holes, which are located within two ring-shaped solder seals located, and two separate feeds, one each for a measuring medium and a vice exercise medium, which is in spatial connection with the respective hole Semiconductor pressure sensor stand.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der flip-chip-montierbare Halbleiter-Drucksensor auf dem mindestens ein Loch aufweisenden metallisierten Träger zugleich elektrisch und mechanisch verbunden. Es wird dabei ein Halbleiter-Drucksensor verwendet, der mit minde stens einer Kontaktmetallisierung und mit mindestens einer ringförmigen Metallisierung versehen ist, die beide lötfähigig sind. Des weiteren wird ein metallisierter Träger verwendet, der mindestens ein Kontaktpad und mindestens eine ringförmige Metallisierung als Lotring aufweist. Im elektrisch-mechanischen Verbindungsschritt entsteht mindestens eine ringför mige Lotdichtung für einen druckdichten Medienanschluß vom Loch zum Halbleiter-Druck sensor.According to the method according to the invention, the flip-chip-mountable semiconductor pressure sensor on the metallized carrier having at least one hole at the same time electrically and mechanically connected. A semiconductor pressure sensor is used, which with min least a contact metallization and with at least one annular metallization is provided, both of which are solderable. A metallized carrier is also used, the at least one contact pad and at least one ring-shaped metallization as a solder ring having. In the electrical-mechanical connection step, at least one ring is created Mige solder seal for a pressure-tight media connection from the hole to semiconductor printing sensor.

In weiterer Ausbildung des Verfahrens wird zwischen dem Träger und dem Halbleiter-Druck sensor ein Unterfüllstoff appliziert.In a further development of the method is between the carrier and the semiconductor printing sensor applied an underfill.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher dargestellt werden. The invention is to be illustrated in more detail using an exemplary embodiment.

In den Zeichnungen zeigenShow in the drawings

Fig. 1 den Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen elektronischen Systems als Drucksensor in der Seitenansicht im Schnitt, Fig. 1 shows the overall construction of an electronic system according to the invention as a pressure sensor in the side view, in section,

Fig. 2 die Ansicht A nach Fig. 1 und Fig. 2 is the view A of Fig. 1 and

Fig. 3 die Ansicht B nach Fig. 1 Fig. 3 is a view B of Fig. 1

Die Erfindung wird zunächst im konstruktiven Aufbau am Beispiel eines piezoresistiven Drucksensors dargestellt, der nach dem noch zu erläuternden erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.The invention is first in the construction using the example of a piezoresistive Pressure sensor shown, according to the inventive method to be explained was produced.

Nach Fig. 1 besitzt ein Sensorträger 1 Löcher 2 für einen druckdichten Medienanschluß, einerseits für ein Meßmedium 12.1 und andererseits für ein Umgebungsmedium 12.1, welches dem Umgebungsdruck entspricht. Gemäß Fig. 2 sind auf dem Sensorträger 1 Lotringe 3, Kontaktpads 4 sowie elektrische Anschlüsse 5 für die Außenkontaktierung nebst zugehörigen Leiterzügen 6 vorgesehen. Ein Sensorchip 7 ist gemäß Fig. 1 auf den Sensorträger 1 gelötet. Der jeweilige Druck des Meßmediums 12.1 und des Umgebungsmediums 12.2 wirken direkt auf nicht näher dargestellte Druckmembranen 8 des Sensorchips 7. Der Sensorchip 7 weist entsprechend Fig. 3 eine ringförmige Metallisierung 9 und eine Kontaktmetallisierung 10 auf. Gemäß Fig. 1 befindet sich zwischen dem Sensorchip 7 und dem Sensorträger 1 ein Unterfüll stoff (Underfiller) 11. Ein Gehäuse 13 mit zwei nicht bezeichneten Kammern ist auf der Rückseite des Sensorträgers 1 druckdicht angebracht und dient als jeweilige Zuführung 12 des Meßmediums 12.1 und Umgebungsmediums 12.1 über die entsprechenden Löcher 2 zu den Druckmenbranen 8 des Sensorchips 7. Der Sensorchip 7 und der Sensorträger 1 sind durch Kontaktbumps 14 und ringförmige Lotdichtungen 15 mittels Lötung verbunden.According to Fig. 1, a sensor carrier 1 has holes 2 for a pressure-tight media connection, on the one hand on a process medium 12.1 and on the other hand a surrounding medium 12.1, which corresponds to the ambient pressure. According to FIG. 2, solder rings 3 , contact pads 4 and electrical connections 5 for the external contact along with associated conductor tracks 6 are provided on the sensor carrier 1 . A sensor chip according to Fig 7. 1 soldered on the sensor substrate 1. The respective pressure of the measuring medium 12.1 and the surrounding medium 12.2 act directly on pressure membranes 8 of the sensor chip 7, which are not shown in detail. The sensor chip 7, corresponding to FIG. 3, an annular metallization 9 and a contact metallization 10. According to Fig. 1 is located between the sensor chip 7 and the sensor carrier 1 is a underfill material (underfill). 11 A housing 13 with two chambers, not designated, is attached on the back of the sensor carrier 1 in a pressure-tight manner and serves as a respective feed 12 of the measuring medium 12.1 and surrounding medium 12.1 via the corresponding holes 2 to the pressure membranes 8 of the sensor chip 7 . The sensor chip 7 and the sensor carrier 1 are connected by contact bumps 14 and ring-shaped solder seals 15 by means of soldering.

Voraussetzung zur Anwendung der Erfindung ist die Strukturierung der Kontaktmetallisie rung 10 und der ringförmigen Metallisierung 9 auf dem Sensorchip 7 sowie der Kontaktpads 4 und Lotringe 3 auf dem Sensorträger 1. Innerhalb der Lotringe 3 auf dem Sensorträger 1 sind die Löcher 2 angeordnet, und innerhalb der ringförmigen Metallisierung 9 befinden sich die Druckmembranen 8.A prerequisite for the application of the invention is the structuring of the contact metallization 10 and the annular metallization 9 on the sensor chip 7 as well as the contact pads 4 and solder rings 3 on the sensor carrier 1 . The holes 2 are arranged within the solder rings 3 on the sensor carrier 1 , and the pressure membranes 8 are located within the annular metallization 9 .

Der Sensorchip 7 wird verfahrensgemäß mittels eines direkten Lötverfahrens, der sogenann ten Flip-Chip-Technologie, auf dem Sensorträger 1 druckdicht montiert und dabei gleichzeitig elektrisch kontaktiert. Dabei entstehen durch die jeweilige ringförmige Lotdichtung 15 und die Löcher 2 im Sensorträger 1 sowie die zeichnungsgemäße Gestaltung des Sensorgehäuses 13 zwei medien- bzw. druckdichte, voneinander getrennte Anschlüsse zu den Druckmembra nen 8, durch die eine Zuführung des jeweiligen Druckes des Meßmediums 12.1 und des Umgebungsmediums 12.2 zum Drucksensorchip 7 von der Rückseite des Sensorträgers 1 her erfolgen kann. Zur Kompensation von mechanischem Streß wird zwischen dem Sensorchip 7 und Sensorträger 1 ein Unterfüllstoff (Underfiller) 11 appliziert.According to the method, the sensor chip 7 is mounted pressure-tight on the sensor carrier 1 by means of a direct soldering method, the so-called th flip-chip technology, and at the same time electrically contacted. This results from the respective annular solder seal 15 and the holes 2 in the sensor carrier 1 and the drawing design of the sensor housing 13 two media or pressure-tight, separate connections to the Druckmembra NEN 8 , through which a supply of the respective pressure of the measuring medium 12.1 and Ambient medium 12.2 to the pressure sensor chip 7 can take place from the rear of the sensor carrier 1 . To compensate for mechanical stress, an underfiller 11 is applied between the sensor chip 7 and sensor carrier 1 .

Über elektrische Anschlüsse 5 mit Leiterzügen 6 des Sensorträgers 1 kann der so gebildete Drucksensor mit einer nicht dargestellten Auswerteschaltung elektrisch verbunden werden.The pressure sensor thus formed can be electrically connected to an evaluation circuit, not shown, via electrical connections 5 with conductor runs 6 of the sensor carrier 1 .

Die Erfindung kann nach dieser rationellen Technologie für die Realisierung von beispiels weise miniaturisierten Relativdrucksensoren mit piezoresistiven oder kapazitiven Drucksen sorchips angewendet werden, wobei damit Material-, Zeit- und Arbeitsaufwand sowie Platz bedarf reduziert werden.The invention can be based on this rational technology for the implementation of example wise miniaturized gauge pressure sensors with piezoresistive or capacitive pressure sensors sorchips are applied, thereby using material, time and labor as well as space needs to be reduced.

Die Vorteile der Erfindung bestehen hauptsächlich darin, daß
The main advantages of the invention are that

- On the procedural side, contacting and assembly take place in one process step conditions and this is cheaper
- higher functional reliability, greater EMC, simple protection of the electrical connections is achieved and none Protective measures for wire bond connections become necessary and
- The product saves space in an arrangement for measuring physical Media can be used.

Allgemein können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise auch Drucksenso ren, Gassensoren, Flußsensoren und auch miniaturisierte Pumpsysteme hergestellt werden. In general, for example, pressure sensors can also be used in the method according to the invention ren, gas sensors, flow sensors and also miniaturized pump systems.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

metallisierter Träger, Sensorträger
metallized carrier, sensor carrier

22

Loch
hole

33

ringförmige Metallisierung, Lotring auf Sensorträger
ring-shaped metallization, solder ring on sensor carrier

44

Kontaktpad
contact pad

55

elektrischer Anschluß für Sensorträger
electrical connection for sensor carrier

66

Leiterzug
conductor line

77

Halbleiterchip, Sensorchip
Semiconductor chip, sensor chip

88th

Druckmembran
pressure membrane

99

ringförmige Metallisierung
annular metallization

1010

Kontaktmetallisierung auf Halbleiterchip
Contact metallization on a semiconductor chip

1111

Underfiller
underfill

1212

Zuführung
feed

12.112.1

Medium, Meßmedium
Medium, measuring medium

12.212.2

Umgebungsmedium
ambient medium

1313

Gehäuse
casing

1414

Kontaktbump
Kontaktbump

1515

ringförmige Lotdichtung
annular solder seal

Claims

1. Miniaturized electronic system consisting of an uncapped semiconductor pressure sensor and a metallic carrier which is at least partially covered by a housing with a positive, gas-tight connection, characterized in that

a) the semiconductor pressure sensor ( 7 ) is flip-chip-mountable and has a metallization ( 10 ) and an additional annular metallization ( 9 ),
b) the metallized carrier ( 1 ) has at least one hole ( 2 ), at least one contact pad ( 4 ) and an annular metallization ( 3 ) which surrounds the at least one hole ( 2 ),
c) the semiconductor pressure sensor ( 7 ) and the metallized carrier ( 1 ) mechanically via the ring-shaped metallizations ( 3 , 9 ) by means of an annular solder seal ( 15 ) and electrically via the metallization ( 10 ) and the at least one contact pad ( 4 ) are connected,
d) the housing ( 13 ) has a separate feed ( 12 ) for one or more media ( 12.1 , 12.2 ), the feeds ( 12 ) being connected to the main conductor chip ( 7 ).

2. Miniaturized electronic system according to claim 1, characterized in that it is a differential pressure sensor with two holes ( 2 ) which are located within two annular solder seals ( 15 ), and two separate feeds ( 12 ), one for a measuring medium ( 12.1 ) and an ambient medium ( 12.2 ), which are spatially connected to the semiconductor pressure sensor via the respective hole.

3. Miniaturized electronic system according to claim 2, characterized in that a mechanically stress-compensating underfill ( 11 ) is arranged between the carrier ( 1 ) and the semiconductor pressure sensor ( 7 ).

4. Miniaturized electronic system according to one of claims 1 to 3, characterized by on the sensor carrier ( 1 ) arranged electrical connections ( 5 ) with conductors ( 6 ) to the contact bumps ( 14 ).

5. Miniaturized electronic system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the metallized carrier ( 1 ) consists of ceramic.

6. Miniaturized electronic system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the metallizable carrier ( 1 ) consists of glass fiber reinforced plastic.

7. Miniaturized electronic system according to one of claims 1 to 6, characterized by its use as a miniator pump system.

8. Miniaturized electronic system according to one of claims 1 to 6, characterized by its use as a gas sensor.

9. Miniaturized electronic system according to one of claims 1 to 6, characterized by its use as a flow sensor.

10. Miniaturized electronic system according to one of claims 1 to 9, characterized is characterized by the use of monolithically integrated actuator and sensor systems.

11. Miniaturized electronic system according to one of claims 1 to 10, characterized characterized by assembly in a directly solderable housing such as SMD Casing.

12. A method for producing a miniaturized electronic system, consisting of an uncapped semiconductor pressure sensor and a metallic carrier with a positive, gas-tight connection therebetween, characterized in that the flip-chip-mountable semiconductor pressure sensor ( 7 ) on the at least one hole ( 2 ) having metallized carrier ( 1 ) is simultaneously electrically and mechanically connected, a semiconductor pressure sensor ( 7 ) being used which is provided with at least one contact metallization ( 10 ) and with at least one annular metallization ( 9 ), both of which are solderable , and a metallized carrier ( 1 ) is used, which has at least one contact pad ( 4 ) and at least one annular metallization ( 3 ) as a solder ring, and in the electrical-mechanical connection step at least one annular solder seal ( 15 ) for a pressure-tight media connection from the hole ( 2 ) to the semiconductor pressure sensor ( 7 ).

13. The method according to claim 12, characterized in that an underfill ( 11 ) is applied between the carrier ( 1 ) and the semiconductor pressure sensor ( 7 ).