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Die
Erfindung betrifft ein Sensorbauteil mit einem frei zugänglichen
Sensorbereich, der auf einer Oberfläche eines Sensorchips angeordnet
ist, wobei der Sensorbereich von einem Randbereich umgeben ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
Sensorchips für
Sensorbauteile.
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Derartige
Sensorbauteile werden vorzugsweise als Fingertastsensoren oder andere
Signaleingabebauteile eingesetzt. Eine Abdichtung der Sensorbauteile
in einer Geräteabdeckung
mit Bedienungsfeld ist mechanisch aufwendig und kostenintensiv,
zumal der Übergang
zwischen Sensorchip und Geräteabdeckung
vor einem Eindringen von Feuchtigkeit in das Gerät und gegen mechanische und
thermische Belastungen schützen
soll. Zu diesem Zweck können
an der Geräteabdeckung
Fensterdichtlippen oder Dichtwulste vorgesehen werden, was die Gerätekosten
erhöht,
zumal damit erhöhte Präzisionsanforderungen
an die Herstellung derartiger Geräteabdeckungen verbunden sind.
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Aus
der Druckschrift
DE 101 08 147 ist
ein elektronisches Bauteil bekannt, das einen Halbleiterchip mit
profilgesägten
Randkonturen aufweist, wobei die profilgesägten Ränder des Halbleiterchips von
einem Kunststoffrand umgeben sind. Dieser Kunststoffrand schützt das
elektronische Bauteil vor mechanischen Belastungen, beim Handling
im Rahmen von Wartungsarbeiten und beim automatischem Bestücken von übergeordneten
Schaltungsplatinen. Der bekannte Kunststoffrand ist jedoch ungeeignet für einen
abdichtenden Einbau in Bedienfelder von Geräteabdeckungen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Sensorbauteil mit einem frei zugänglichen
Sensorbereich zu schaffen. Das Sensorbauteil soll in Geräteabdeckungen
integriert werden können,
ohne die freie Zugänglichkeit
zu seinem Sensorbereich zu behindern. Ferner soll mit dem Sensorbauteil
ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Gerät über die Geräteabdeckung verhindert werden,
und das Sensorbauteil soll vor thermischen und mechanischen Spannungen
geschützt
werden. Darüber
hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstigere
Lösung
der obigen Probleme zu liefern.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein
Sensorbauteil mit einem frei zugänglichen
Sensorbereich, der auf einer Oberseite eines Sensorchips angeordnet
ist, und mit einem Randbereich, der den Sensorbereich umgibt, geschaffen.
Der Randbereich weist eine abdichtende Struktur auf, die eine den
Sensorbereich umhüllende Aussparung
aufweist. Diese Aussparung ist mit einem Dichtmaterial aufgefüllt.
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Ein
derartiges Sensorbauteil hat den Vorteil, dass es selbstabdichtend
in Bedienfenstern einer Geräteabdeckung
integriert werden kann. Besondere Maßnahmen, wie Dichtlippen oder
Dichtringe an den Geräteabdeckungen
entfallen damit. Außerdem
wird ermöglicht,
dass derartige Geräteabdeckungen,
die auch den Modeerscheinungen unterliegen, jederzeit ausgewechselt
werden können.
Darüber
hinaus hat ein derartiges Sensorbauteil den Vorteil, dass die Aussparung
und damit der Verlauf des Dichtmaterials äußerst präzise auf dem Randbereich des
Sensorbauteils angeordnet werden kann, zumal dazu die hochpräzisen Fertigungsverfahren
der Halbleitertechnologie eingesetzt werden können.
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Diese
Halbleiterfertigungstechnologien erlauben eine um mehrere Größenordnungen
höhere Präzision,
als die für
Geräteabdeckungen
eingesetzte Spritzgusstechnik. Durch die Breite der Aussparung und
damit durch die Breite des Dichtmaterials auf dem Sensorchip können diese
Präzisionsunterschiede
in den Technologien ausgeglichen werden, in dem eine ausreichend
Breite Aussparung mit Dichtmaterial auf dem Randbereich des Sensorchips vorgesehen
wird.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung werden auf dem Sensorchip zurückgesetzte Chipkanten vorgesehen,
die mit Dichtmaterial aufgefüllt
sind. Damit weist der Sensorchip an seiner Oberseite Kanten aus
Dichtmaterial auf, während
das spröde
Sensormaterial, beispielsweise aus monokristallinem Silizium, zurückgesetzte
Kanten bildet, die nicht mehr die Außenabmessungen der Oberseite
des Sensorchips bestimmen. Vielmehr werden nun diese Kanten von einer
winkelförmigen
Dichtstruktur gebildet und schützen
neben der Abdichtmöglichkeit
zu einer Geräteabdeckung
den Sensorchip vor mechanischen Belastungen.
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In
einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die Aussparungen
nicht durch Zurücksetzen der
Kanten des Sensorchips gewonnen, sondern durch Einbringen von Nuten
in die Oberseite des Sensorchips. Derartige Nuten werden vorzugsweise parallel
zu den Chipkanten auf der Oberseite des Sensorchips eingebracht
und mit Dichtmaterial aufgefüllt.
Auch in diesem Fall wird nun der Sensorbereich von einem Dichtmaterial
umgeben, das in einer Gehäuseabdeckung
den Sensorchip zu Bedienungsfenstern abdichtet.
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Das
Dichtmaterial ist vorzugsweise aus fotolithografisch strukturierbarem
Polyimid. Das hat den Vorteil, dass das Einbringen des Dichtmaterials
in die Aussparungen und das Strukturieren des Dichtmaterials im
Randbereich des Halbleiterchips durch Fotolithographietechniken
erleichtert wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist
es vorgesehen, dass als Dichtmaterial ein gummielastischer Kunststoff
eingesetzt wird, der die Aussparungen auffüllt. Ein gummielastischer Kunststoff
hat den Vorteil, dass mit einem derartigen Sensorchip eine intensive
Abdichtung zwischen einer Gehäuseabdeckung mit
Bedienfeldern und dem Sensorchip möglich wird.
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Ein
Verfahren zur Herstellung von Sensorchips für derartige Sensorbauteile
weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.
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Zunächst wird
ein Halbleiterwafer hergestellt, der in Zeilen und Spalten angeordnete
Sensorchippositionen aufweist. Diese Sensorchippositionen weisen
ihrerseits Sensorbereiche und Randbereiche auf, wobei die Randbereiche
die Sensorbereiche umgeben. In den Randbereichen können Kontaktflächen mit
Leiterbahnen zu dem Sensorbereich vorliegen. In die Oberseite eines
derartig strukturierten Halbleiterwafers werden als nächstes Aussparungen parallel
zu oder entlang vorgesehener Trennspuren zwischen den Halbleiterpositionen
eingebracht. Entlang derartiger Trennspuren wird in einem späteren Abschnitt
des Verfahrens der Halbleiterwafer in einzelne Sensorchips aufgeteilt.
Nach dem Einbringen der Aussparungen werden diese mit einem Dichtmaterial
aufgefüllt.
Abschließend
wird der Halbleiterwafer in einzelne Sensorchips getrennt.
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Dieses
Verfahren hat den Vorteil, dass das Dichtmaterial und die Aussparungen
für mehrere Sensorbauteile
gleichzeitig in die Oberseite eines Halbleiterchips mittels eines
Parallelverfahrens eingebracht werden können. Darüber hinaus hat das Verfahren
den Vorteil, dass das Einbringen der Aussparungen und das Auffüllen mit
Dichtmaterial mittels hochpräziser
Halbleitertechniken durchgeführt
werden kann.
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In
einer bevorzugen Durchführung
des Verfahrens werden als Aussparungen Nuten entlang der Trennspuren
auf dem Halbleiterwafer eingebracht. Die Breite der Nuten wird breiter
gewählt,
als die Breite der Trennspuren. Diese Verfahrensvariante hat den
Vorteil, dass eine breite Schicht aus Dichtmaterial über den
Trennspuren liegt, die breiter ist, als diese Trennspuren selbst.
Somit entstehen beim Trennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips
zurückgesetzte
Kanten, die bereits mit Dichtmaterial aufgefüllt sind. Dazu werden Trenntechniken
eingesetzt, die gleichzeitig Dichtmaterial und Halbleitermaterial
durchtrennen können.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
des Verfahrens werden als Aussparungen Nuten parallel zu den Trennspuren
in den Randbereich der Sensorchippositionen des Halbleiterwafers
eingebracht. Dabei können
die Nuten sogar eine kleinere Breite, als die Trennspuren aufweisen.
Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass kein Dichtmaterial
in den Trennspuren vorgesehen ist, so dass beim Trennen nur ein
Material, nämlich
das Material des Sensorchips, zu durchtrennen ist. Damit werden
Probleme, wie sie mit dem Trennen von Verbundmaterialien verbunden
sind, vermieden.
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Eine
Möglichkeit,
die Aussparungen einzubringen, bietet die Sägetechnik. Bei der Sägetechnik können Nuten
durch entsprechend breite Sägeblätter in
die Oberseite des Halbleiterwafers für mehrere Sensorchippositionen
gleichzeitig eingebracht werden, in dem der Halbleiterwafer nicht
vollständig durchtrennt
wird, sondern die Sägetiefe
auf die Tiefe der einzubringenden Nuten abgestimmt wird. Diese Verfahren
hat den Vorteil, dass Nuten, die mit der Sägetechnik eingebracht werden
sollen, mit dem gleichen Sägeautomaten
einbringbar sind, wie sie auch für
das Trennen der Halbleiterwafer eingesetzt werden.
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Eine
weitere Verfahrensvariante sieht vor, dass die Aussparungen mittels Ätzen eingebracht werden.
Das Einbringen mittels Ätztechnik
hat den Vorteil, dass die Geometrie der Aussparung beliebig an die
Fenstergeometrie einer Geräteabdeckungen anpassbar
ist. So können
mit dieser Ätztechnik
oval, rund oder rechteckig verlaufende Aussparungen in die Oberseite
der Sensorchippositionen eines Halbleiterwafers eingebracht werden,
um damit den Sensorchip an die einem modischem Design unterliegenden
Geräteabdeckungen
anzupassen.
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Zum
Auffüllen
der Aussparungen mit einem Dichtmaterial kann das Dichtmaterial
zunächst
mit Hilfe eines Sprüh-Schleuderverfahrens
auf den Halbleiterwafer aufgebracht werden. Dabei werden die Aussparungen
mit dem aufgeschleuderten Dichtmaterial aufgefüllt und gleichzeitig kann sich
ein dünner Film über der
gesamten Oberseite des Halbleiterwafers ausbreiten. Um den freien
Zugriff auf den Sensorbereich zu gewährleisten, kann anschließend dieser
Dünnfilm
von den Sensorbereichen der Sensorchippositionen des Halbleiterwafers
abgetragen werden. Dieses Abtragen kann auf fotolithographi schem Wege
für ein
Dichtmaterial aus Fotolack durchgeführt werden.
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Bei
einer weiteren Durchführungsform
des Verfahrens ist es vorgesehen, das Auffüllen der Aussparung mit einem
Dichtmaterial durch Tauchlackieren zu erreichen. Dabei wird der
Halbleiterwafer in den entsprechenden Lack getaucht, wobei sich
die Aussparungen auffüllen,
und sich ein Dünnfilm
auf der übrigen
Fläche
der Oberseite des Wafers ausbreitet. Auch dieser Dünnfilm kann
anschließend
fotolithographisch oder durch Laserabtrag entfernt werden.
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Grundsätzlich sind
auch Verfahren einsetzbar, die keinen Dünnfilm auf der übrigen Oberseite des
Halbleiterwafers bilden, sondern lediglich das Dichtmaterial im
Bereich der Aussparungen aufbringen. Dazu werden Schablonendruckverfahren
verwendet. Diese Verfahren sind insbesondere für Dichtmaterialien, die fotolithographisch
nicht strukturierbar sind, von Vorteil, und werden für gummielastische
Silikonkunststoffe bevorzugt eingesetzt. Außerdem ist es möglich, mit
einer Spritzstrahltechnik, das Dichtmaterial im der gewünschten
Breite auf den Halbleiterwafer aufzudrucken.
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Beim
Auftrennen des Halbleiterwafers in einzelne Sensorbauteile, kann
eine Trennfuge innerhalb einer Aussparung zwischen den Sensorchippositionen
eingebracht werden, so dass mit dem Trennschritt gleichzeitig eine
Abdichtkante gebildet wird, die Dichtmaterial an den durch die breiteren
Aussparungen zurückgesetzten
Sensorchipkanten nach dem Trennschritt zurücklässt. Diese Abdichtkante entlang
der Oberseite des Sensorchips bildet vorzugsweise einen Kunststoffwinkel
im Querschnitt aus, und bedeckt die Seitenränder des Sensorchips nicht
vollständig.
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Ist
die Breite der Aussparung kleiner oder gleich der Breite der Trennspur,
dann erfolgt das Auftrennen des Halbleiterwafers entlang der Trennspuren
parallel zu den Aussparungen bzw. den Nuten der Aussparungen in
den Randbereichen der Halbleiterchippositionen. Damit wird gewährleistet,
dass die Aussparungen auch noch nach dem Trennschritt für ein Auffüllen mit
Dichtmaterial zur Verfügung
stehen, bzw. dass ein bereits aufgebrachtes Dichtmaterial nicht
durch den Trennschritt verloren geht. Außerdem hat es den Vorteil,
dass Sägeblätter bei
dem Trennschritt nicht von dem Dichtmaterial kontaminiert oder durch
anhaftendes Dichtmaterial entschärft
werden.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauteils gemäß der Erfindung
weist die zusätzlichen Verfahrensschritte
auf, dass die Kontaktflächen
des Sensorchips mit elektrischen Verbindungsleitungen versehen werden.
Diese Verbindungsleitungen können
anschließend
teilweise in eine Kunststoffmasse entlang eines Randes des Sensorchips
eingebettet werden, so dass die Verbindungsleitungen als Außenkontakte
aus der Kunststoffmasse herausragen. Diese Verbindungsleitungen
können
Bondbänder oder
Bonddrähte
oder Flachkabel sein, die durch die Kunststoffmasse vor mechanischen
Beschädigungen
bei der Montage eines elektronischen Gerätes geschützt werden. Die herausragenden
Enden der Bonddrähte,
oder Bondbänder,
oder Flachkabel stehen dann zum Anschluss für übergeordnete Schaltungen oder
Versorgungsleitungen des Gerätes
zur Verfügung.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, dass die Erfindung einen preiswerten Zusammenbau
von Siliziumsensoren mit frei zugänglichem Sensorbereich in einer
Gehäuseabdeckung
ermöglicht.
Der Einbau derartiger Sensorbauteile verringert die Dimensio nen und
den Raumbedarf für
Eingabeabdeckungen oder für
Bedienfelder der verschiedensten Geräte, bei denen bisher eine Leiterplatte
mit Halbleiterchips und mechanischen Tasten in der Geräteabdeckung
zusammenwirken. Dieser technische Aufwand kann insbesondere für Mobilfunkgeräte vermindert
werden. Gleichzeitig wird technisch der Sensorchip durch eine besondere
Ausbildung und Strukturierung der Passivierung auf einem Halbleiterwafer
in Kombination mit dem Geräteaufbau
geschützt.
Insbesondere werden die Geräte
gegenüber
Feuchtigkeit und andern Umwelteinflüssen, wie Temperatur, Spannungen
oder mechanische Belastungen geschützt. Zu diesem Zweck weist
der Sensorchip der vorliegenden Erfindung in seinem Randbereich
einen Dichtring entlang der Kanten oder rund um die aktive Sensorfläche auf,
wobei eine umgebende Aussparung mit einem Dichtmaterial, wie Polyimid
oder ähnlichem,
die Oberfläche
des Halbleiterchips passivierendem Material, aufgefüllt ist.
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Die
elektrische Verbindung zwischen dem Sensorbereich des Sensorchips
mit der Schaltung des Gerätes
kann in vorteilhafter Weise durch ein Standardbonddrahtverfahren
oder durch Verbinden mit einem flexiblen Flachkabel auf der Oberfläche des
Sensorchips erfolgen. Dazu werden die elektrischen Anschlüsse eines übergeordneten
Systems mit Kontaktflächen
auf dem Sensorchip verbunden. Dabei können die Kontaktflächen des
Sensorchips auch Außenkontakte,
wie Lotbälle
aufweisen, die mit dem flexiblen Flachkabel verbunden werden. Außerdem kann
der Randbereich, der diese elektrische Verbindung sichert mit einer
Kunststoffmasse aufgefüllt
sein, um die Verbindungsleitungen einzubetten, wobei diese Kunststoffmasse
auch als "Underfill"-Material bekannt
ist. Die letztere Maßnahme kann
die Zuverlässigkeit
des Sensorbauteils weiter erhöhen.
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Durch
diese Erfindung werden die Funktionen eines Sensorchips vergrößert, indem
nun auch der Sensorchip einen Abdichtring selber trägt, mit dem
gewährleistet
wird, dass eine schützende
mechanische Verbindung zwischen einer Gehäuseabdeckung und dem Sensorchip
hergestellt werden kann. Dieses ist eine preiswertere Möglichkeit,
als die Gehäuseabdeckungen
in jeder der Gehäuseabdeckungsöffnungen
mit entsprechenden Dichtelementen, wie Dichtlippen, zu versehen,
zumal für
derartige Maßnahmen
eine hohe Präzision
der Fertigung derartiger Gehäuseabdeckungen
erforderlich wäre,
was nun aufgrund der präziseren
Fertigungsverfahren der Halbleitertechnik auf einem Halbleiterwafer
preiswerter und genauer durchgeführt
werden kann.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht eines Sensorchips, gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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2 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht eines Sensorchips, gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
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3 zeigt
eine schematische Draufsicht auf ein Sensorbauteil mit einem Sensorchip,
gemäß 1,
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4 zeigt
einen schematischen Querschnitt des Sensorbauteils gemäß 3,
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5 zeigt
einen vergrößerten,
schematischen Querschnitt eines Randbereiches des Sensorbauteils,
gemäß 3,
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6 bis 11 zeigen
schematische Querschnitte von Zwischenprodukten bei der Herstellung
eines Sensorbauteils mit dem Sensorchip, gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung nach 1,
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6 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers mit eingebrachten
Aussparungen im Bereich einer Trennspur,
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7 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers der 6 mit
einer, die Aussparung auffüllenden
Passivierungsschicht aus fotolithographischem Material,
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8 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers nach Strukturieren
der Passivierungsschicht gemäß 7,
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9 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers nach Einbringen
von Trennfugen entlang der mit Dichtmaterial aufgefüllten Aussparung,
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10 zeigt
einen vergrößerten,
schematischen Querschnitt eines Randbereiches des Sensorbauteils
vor dem Aufbringen einer Kunststoffmasse auf den Randbereich des
Sensorbauteils,
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11 zeigt
einen vergrößerten,
schematischen Querschnitt eines Randbereiches des Sensorbauteils
mit einem Sensorchip, gemäß 1,
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12 bis 16 zeigen
schematische Querschnitte von Zwischenprodukten bei der Herstellung
eines Sensorbauteils mit dem Sensorchip, gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung nach 2,
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12 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers im Bereich
einer Trennspur mit parallel zur Trennspur eingebrachten Aussparungen,
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13 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers der 12 mit
einem die Aussparungen auffüllenden
Dichtmaterial,
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14 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterbauteils nach Einbringen
von Trennfugen entlang der Trennspuren, gemäß 12,
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15 zeigt
einen vergrößerten,
schematischen Querschnitt eines Randbereichs des Sensorbauteils
mit dem Sensorchip, gemäß 2,
vor einem Einbetten in eine Kunststoffmasse,
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16 zeigt
einen vergrößerten,
schematischen Querschnitt eines Randbereichs nach Fertigstellung
des Sensorbauteils mit einem Sensorchip, gemäß 2.
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1 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht eines Sensorchips 2,
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung. Der Sensorchip 2 ist in dieser Ausführungsform
der Erfindung aus einem monokristallinem Silizium hergestellt, wobei
die Kristallorientierung im Verhältnis
zur Ausrichtung des Sensorbereichs 1 derart gewählt wird,
dass eine hohe Sensitivität
erreicht wird. Ein Sensorbereich 1 ist von einem Randbereich
umgeben, in den eine abdichtende Struktur 5 eingebracht
ist. Die abdichtende Struktur 5 umgibt ringförmig vier
zurückgesetzte
Kanten 8 der Oberseite 3 des Sensorchips 2.
Das Halbleitermaterial an den Kanten 8 dieses Sensorchips 2 ist
derart abgetragen, dass die Kanten 8 aus Halbleitermaterial
zurückgesetzt
sind und dafür
ein Kantenwinkel 17 aus einer Kunststoffmasse 15 den
Sensorchip 2 umgibt. Außerdem ist ein Randbereich 23 der Oberseite 3 des
Sensorchips 2 besonders strukturiert, weil er Kontaktflächen 13 aufweist,
die mit dem Sensorbereich 1 in Verbindung stehen.
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Auf
den Kontaktflächen 13 können Verbindungsleitungen
angebracht werden, welche den Sensorbereich 1 mit einer übergeordneten
Schaltung eines Gerätes
verbinden. Derartige übergeordnete Schaltungen
können
Logikchips sein, welche die Eingaben auf der frei zugänglichen
Sensorfläche 12 logisch
mit anderen Funktionen eines Gerätes
verknüpfen.
In dieser Ausführungsform
der Erfindung wird der Kantenwinkel 17 aus Kunststoff an
den zurückgesetzten
Kanten 8 des Sensorchips 2 gleichzeitig mit einer
Passivierungsschicht 21, die strukturiert auf der Oberseite 3 des
Sensorchips 2 angeordnet ist, hergestellt. Das Herstellungsverfahren
wird in den weiteren 6 bis 11 erläutert. Während das
Halbleitermaterial an den Kanten 8 auf der Oberseite 3 des
Sensorchips 2 zurückgesetzt
ist, um derartige Kantenwinkel 17 zu realisieren, bleiben
die übrigen
Chipkanten 9 in den vier Ecken 25 bis 28 und auf
der Rückseite 24 des
Sensorchips 2 unverändert erhalten.
Auch die Seitenränder
des Sensorchips 2 sind nur im oberen bereich von einem
Schenkel des abdichtenden Kantenwinkels 17 aus Kunststoff
bedeckt und bleiben im unteren Bereich frei von Dichtmaterial im
Gegensatz zum bekannten Stand der Technik.
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2 zeigt
eine schematische, perspektivische Ansicht eines Sensorchips 22,
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung. Der Sensorchip 22 der zweiten Ausführungsform
der Erfindung unterscheidet sich von dem Sensorchip 2,
der in 1 gezeigt wird dadurch, dass die Chipkanten 9 aus
Halbleitermaterial auch an der Oberseite 3 des Sensorchips 22 voll
erhalten bleiben.
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Zum
Einbringen eines Dichtmaterials 7 in entsprechende Aussparungen 6 werden
diese parallel zu den Chipkanten 9 in die Oberseite 3 des
Sensorchips 22 eingebracht. Das Einbringen der Aussparungen 6 in
die Oberseite 3 kann durch Einbringen von Sägenuten 10 parallel
zu den Chipkanten 9 der Oberseite 3 in die Oberseite 3 gesägt werden. Dabei
ist lediglich die Schnitttiefe der Säge auf die Tiefe t, der zu
erzeugenden Nuten 10 einzustellen. Das Dichtmaterial 7 in
den Nuten 10 kann, wie in der ersten Ausführungsform
gleichzeitig mit der Passivierungsschicht eingebracht werden, jedoch
ist es auch möglich,
das Dichtmaterial mit Schablonendruck, oder Siebdruck, oder Strahldruck
in die Aussparungen einzubringen.
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Das
hat den Vorteil, dass die Form und der Verlauf der Aussparungen 6 nicht
an die Sägemechanik
gebunden ist, so dass auch ovale Sensorbereiche oder kreisförmige Sensorbereiche
mit einer entsprechenden ringförmigen
Aussparung umgeben werden können.
Derartige Aussparungen 6 können mit Hilfe von Plasmaätztechniken,
Nassätztechniken,
oder durch Materialabtrag, wie einem Laserabtrag, eingebracht werden.
Während
die Ätztechniken
parallel für mehrere
Sensorbauteile eines Halbleiterwafers eingebracht werden können, wird
bei der Abtragstechnik mittels Laserstrahl eine Schreibtechnik angewandt.
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Das
Auffüllen
mit Dichtmaterial 7 kann ebenfalls entweder parallel für mehrere
Sensorchips 2 vorgenommen werden, wie beim Schablonen-
oder Siebdruckverfahren, oder es kann das Dichtmaterial in die Aussparungen 6 mit
Hilfe einer Schreibdrucktechnik seriell eingebracht werden, wie
bei der Strahldrucktechnik. Bei dem Einbringen von Dichtmaterial 7 in
die Aussparungen 6, kann die ringförmige Struktur, die den Sensorbereich 1 umgibt,
auch als Wulst überhöht werden,
um die Dichtwirkung der ringförmigen
Struktur zu erhöhen.
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3 zeigt
eine schematische Draufsicht auf ein Sensorbauteil 20 mit
einem Sensorchip 2, gemäß 1.
Ein geschlossener Rand einer Passivierungsschicht 21 umgibt
den Sensorbereich 1 der Oberseite 3 des Sensorchips 2,
wobei auf dem linken Rand in dieser Abbildung eine Kunststoffmasse 15 angebracht
ist, welche die Verbindung des Sensorchips 2 zu einer übergeordneten
Schaltungsplatine sichert.
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4 zeigt
einen schematischen Querschnitt des Sensorbauteils 20,
gemäß 3.
In diesem Querschnitt ist einerseits der Kantenwinkel 17 aus
Passivierungsmaterial, mit dem die zurückgesetzten Kanten 8 des
Sensorchips 2 aufgefüllt
sind, zu sehen. Außerdem
weist die Oberseite 3 des Sensorchips 2 einen
Steg 31 auf, der den Sensorbereich 1 gegenüber den
Kontaktflächen 13 abgrenzt.
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5 zeigt
einen vergrößerten schematischen
Querschnitt eines Randbereiches 4 der Oberseite 3 des
Sensorbauteils 20, gemäß 3.
In dieser Ausführungsform
der Erfindung sind elektrische Verbindungsleitungen 14 auf
den Kontaktflächen 13 des
Sensorchips 2 angeordnet, die zumindest teilweise eine
Kunststoffmasse 15, welche einen Seitenrand 29 des
Sensorchips 2 abdeckt. Innerhalb der Kunststoffmasse 15 ist
die zurückgesetzte
Kante 8 mit dem Kantenwinkel 17 aus dem Dichtmaterial 7 bedeckt.
Dieses Dichtmaterial 7 gehört zu einer strukturierten
Passivierungsschicht 21, die einen Steg 31 aus
Dichtmaterial 7 zwischen den Kontaktflächen 13 und dem Sensorbereich 1 ausbildet.
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Anstelle
von einzelnen Verbindungsleitungen 14 aus einem Bonddraht
können
auch Flachleiterkabel für
den Anschluss der Kontaktflächen 13 eingesetzt
werden, deren einzelne Litzen mit den Kontaktflächen 13 verbunden
werden. In diesem Fall muss der Seitenrand 29 nicht vollständig mit
Kunststoff abgedeckt sein, sondern es kann vielmehr lediglich die
Verbindungsstelle zwischen den Litzen des Flachkabels und den Kontaktflächen 13 mit
einem Wulst aus Kunststoffmasse 15 auf der Oberseite 3 des
Sensorchips 2 geschützt
sein.
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Die 6 bis 11 zeigen
schematisch Querschnitte von Zwischenprodukten bei der Herstellung
eines Sensorbauteils 20 mit dem Sensorchip 2,
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung nach 1.
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Zunächst wird
ein Halbleiterwafer 16 aus monokristallinem Silizium mit
geeigneter Orientierung zur Verfügung
gestellt. Derartige Halbleiterwafer 16 haben eine Dicke
D zwischen 250 und 1500 Mikrometern und einen Durchmesser von mehreren
10 Zentimetern. Ihre Rückseite 24 ist üblicherweise
gesägt
und/oder geläppt
und ihre Oberseite 3, die gleichzeitig die Oberseite 3 der
Sensorchips bildet, ist gesägt,
geläppt
und auf Spiegelqualität
poliert. Auf einem derartigen Halbleiter wafer 16 sind Sensorchippositionen 18 in
Zeilen und Spalten vorgesehen, zwischen denen Sägespuren angeordnet sind.
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Entlang
dieser Trennspuren 11 werden beim Trennvorgang eines derartigen
Halbleiterwafers 16 zu einzelnen Sensorchips Trennfugen
eingebracht, die eine Breite B im Bereich von 40 bis 240 Mikrometern
aufweisen können.
Die Breite B der Trennfugen hängt
von der Dicke D des Halbleiterwafers 16 ab, weil mit Abnehmen
der Dicke D auch die Breite B der Trennfuge aufgrund der Konstruktion
der eingesetzten Diamantsägeblätter schmaler
werden kann. Bevor jedoch ein Halbleiterwafer 16 getrennt
wird, werden bereits die Sensorbereiche 1, die Kontaktflächen 13 und
die Randbereiche 4, die jeden Sensorbereich 1 umgeben,
auf der spiegelpolierten Oberseite 3 des Halbleiterwafers 16 in
jeder der Sensorchippositionen angeordnet.
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6 zeigt
eine Aussparung 6 im Bereich einer derartigen Trennspur 11.
In diese Trennspur wird beim Auftrennen des Halbleiterwafers 16 in
einzelne Sensorchips, eine Trennfuge eingebracht. Diese Aussparung 6 weist
eine Breite b auf, die breiter ist, als die Breite B der vorgesehenen
Trennfuge. Diese Aussparungen 6 können mit einem breiteren Sägeblatt
eingebracht werden, wobei die Tiefe t der Aussparung 6,
in Form einer Nut, durch Absenken eines Sägeblattes eingestellt wird,
und zwischen 5 und 50 Mikrometern liegt. Die Breite b wird beispielsweise doppelt
so breit ausgeführt
werden, wie die Breite B der Trennfuge.
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Das
Einbringen einer derartigen Aussparung kann alternativ durch Trockenätzen in
einem Plasma oder durch Nassätzen
in einer Ätzlösung eingebracht werden,
oder durch Abtrag mittels eines Laserstrahls erfolgen. Beim Sägen entstehen
auf der O berseite 3 des Halbleiterwafers 16 geradlinige
Strukturen, während
bei den anderen Technologien die Aussparungen 6, welche
den Sensorbereich 1 umgeben sollen, beliebig gestaltet
werden können. 6 zeigt
neben der eingebrachten Aussparung 6 im Randbereich eine
Kontaktfläche 13,
die metallisiert ist, und mit dem Sensorbereich 1 elektrisch
verbunden ist.
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7 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers 16 der 6 mit
einer die Aussparung 6 auffüllenden Passivierungsschicht 21 aus
fotolithographischem Material. Ein derartiges Material kann Polyimid
sein, das beim Auftragen gleichzeitig die Aussparung 6 mit
Kunststoffmaterial auffüllt.
Dazu werden Sprühtechniken,
Lackiertechniken, Schleudertechniken, Tauchtechniken oder andere
Varianten eingesetzt, um eine möglichst
gleichmäßige Bedeckung
der spiegelblank polierten Oberseite 3 des Halbleiterwafer 16 zu
erreichen.
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8 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers 16 nach
Strukturieren der Passivierungsschicht 21 gemäß 7.
Die Passivierungsschicht 21 kann mit Hilfe der Fotolithographie
im Sensorbereich 1 entfernt werden. Die Photolackschicht
muss über
den Kontaktflächen 13 entfernt
werden, um dort elektrische Verbindungsleitungen anbringen zu können. Bei
dieser ersten Ausführungsform
der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Steg 31 zwischen
dem Sensorbereich 1 und den Kontaktflächen 13 erhalten bleibt,
und die Passivierungsschicht 21 auch über die Aussparung 6 hinaus, auf
der Oberseite 3 des Halbleiterwafers 16 im Bereich
der vorgesehenen Trennspuren, nicht entfernt wird.
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9 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers 16 nach
Einbringen von Trennfugen 19, entlang der mit Dichtmaterial 7 gefüllten Aussparung 6.
Da die Breite B der Trennfuge 19 schmaler ist als die Breite
b der Aussparung 6 in Form einer eingebrachten Sägenut 10,
werden die zurückgesetzten
Kanten 8 auf der Oberseite 3 des Sensorchips 2 durch
einen Kantenwinkel 17 aus Passivierungsschichtmaterial
geschützt.
Der aus einem Halbleiterwafer 16 gewonnene Sensorchip 2 kann anschließend zu
einem Sensorbauteil weiter verarbeitet werden.
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10 zeigt
einen vergrößerten,
schematischen Querschnitt eines Randbereiches 4 des Sensorbauteils 20 vor
einem Aufbringen einer Kunststoffmasse auf den Randbereich 4.
Durch Zuführen
von Verbindungsleitungen 14 und Aufbringen von Verbindungsleitungen 14 auf
die Kontaktflächen 13,
wird der Sensorbereich 1 mit entsprechenden Verbindungsleitungen 14 verbunden.
Diese Verbindungsleitungen 14 können Teil eines Flachleiterkabels
sein.
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11 zeigt
einen vergrößerten,
schematischen Querschnitt eines Randbereiches 4 des Sensorbauteils 30 mit
einem Sensorchip 2, gemäß 1.
Die Verbindungsstelle zwischen der Verbindungsleitung 14 und
der Kontaktfläche 13 kann
durch Einbetten in eine Kunststoffmasse 15 weiter stabilisiert
werden. Diese Kunststoffmasse 15 kann ein sogenanntes "underfill"-Material aufweisen.
Mit dem Anbringen der Verbindungsleitungen 14 ist praktisch das
Sensorbauteil 20 fertiggestellt, das nun zusätzlich zu
den elektrischen Funktionen auch eine Abdichtfunktion mit einer
Gehäuseabdeckung
erfüllen kann.
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Die 12 bis 16 zeigen
schematische Querschnitte von Zwischenprodukten bei der Herstellung
eines Sensorbauteils 30 mit dem Sensorchip 22,
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung nach 2. Komponenten mit gleichen
Funktionen wie in vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
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12 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers 16 im
Bereich einer Trennspur 11 mit parallel zur Trennspur 11 eingebrachten
Aussparungen 6. In diesem Fall werden die Sensorchippositionen 18 mit
einer Nut 10 versehen, deren Breite b kleiner sein kann,
als die Breite B der Trennspur 11. Außerdem bleiben die Chipkanten
aus Halbleitermaterial auch auf der Oberseite 3 des Halbleiterwafers 16 erhalten
und werden nicht durch die Einbringung der Aussparung 6 zurückgesetzt,
wie in der ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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13 zeigt
dazu einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers 16 der 12 mit einem
die Aussparungen 6 auffüllenden
Dichtmaterial 7. Dieses Dichtmaterial 7 ist in 13 coplanar
mit der Oberseite 3 des Halbleiterwafers 16 ausgebildet. Es
kann aber auch derart eingebracht werden, dass sich eine Überhöhung oder
ein Wulst aus Dichtmaterial 7 oberhalb der Aussparungen 6 ergibt.
Damit kann der Dichtring in seiner Form, Größe und seinen Dichtungseigenschaften
an die Erfordernisse einer Geräteabdeckplatte
angepasst werden.
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14 zeigt
einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers nach Einbringen
von Trennfugen 19 entlang der Trennspuren, gemäß 12 bzw. 13.
Die Chipkante 9 an der Oberseite 3 der entstehenden
Sensorchips 22 bleibt somit unversehrt, was den Vorteil
hat, dass beim Sägen nicht
ein Verbundmaterial durchtrennt werden muss, sondern ein einheitliches
Material, nämlich
das Halbleitermaterial des Halbleiterwafers, beispielsweise aus
Silizium.
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15 zeigt
einen vergrößerten,
schematischen Querschnitt eines Randbereichs 4 des Sensorbauteils 30 mit
dem Sensorchip 22 gemäß 2, vor
einem Einbetten in eine Kunststoffmasse. Dieser Querschnitt entspricht
im wesentlichen dem Querschnitt der 10 für die erste
Ausführungsform
der Erfindung, lediglich dass hier die Chipkante 9 erhalten
bleibt und die Oberseite 3 des Sensorchips coplanar mit
der Oberseite 3 des Dichtmaterials 7 ausgerichtet
ist.
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16 zeigt
einen vergrößerten schematischen
Querschnitt eines Randbereichs 4 des Sensorbauteils 30 nach
Fertigstellung des Sensorbauteils 30 mit einem Sensorchip 22,
gemäß 2.
Die hier gezeigte Kunststoffmasse 15 bedeckt auch den Seitenrand 29 des
Sensorchips 22. Die Kunststoffmasse 15 kann auch
lediglich den Randbereich 4 der Oberseite 3 des
Sensorchips 22 bedecken, und damit den Anschluss der Verbindungsleitung 15 an
die Kontaktfläche 13 schützen.
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- 1
- Sensorbereich
- 2
- Sensorchip
(erste Ausführungsform)
- 3
- Oberseite
des Sensorchips
- 4
- Randbereich
der Oberseite
- 5
- abdichtende
Struktur
- 6
- Aussparung
- 7
- Dichtmaterial
- 8
- Kante
(Kunststoff)
- 9
- Chipkante
- 10
- Nut
- 11
- Trennspur
- 12
- Sensorfläche
- 13
- Kontaktfläche
- 14
- elektrische
Verbindungsleitung
- 15
- Kunststoffmasse
- 16
- Halbleiterwafer
- 17
- Kantenwinkel
- 18
- Sensorchipposition
- 19
- Trennfuge
- 20
- Sensorbauteil
(erste Ausführungsform)
- 21
- Passivierungsschicht
- 22
- Sensorchip
(zweite Ausführungsform)
- 23
- Randbereich
- 24
- Rückseite
des Sensorchips
- 25
- Ecke
der Sensorchips
- 26
- Ecke
der Sensorchips
- 27
- Ecke
der Sensorchips
- 28
- Ecke
der Sensorchips
- 29
- Seitenrand
- 30
- Sensorbauteil
(zweite Ausführungsform)
- 31
- Steg
- b
- Breite
der Aussparung
- B
- Breite
der Trennfuge
- D
- Dicke
des Halbleiterwafers
- t
- Tiefe
der Nut