DE102004045854A1 - Halbleitersensor mit einem Hohlraumgehäuse und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Halbleitersensor (1) mit einem Hohlraumgehäuse (3) aus Kunststoff (4) und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Dabei weist das Hohlraumgehäuse (3) eine Öffnung (6) zur Umgebung (7) auf, wobei der Hohlraum (5) von Kunststoffwänden (8) umgeben wird. In dem Hohlraumgehäuse (3) ist ein Halbleitersensorchip (9) auf einem Chipträger (10) angeordnet, dessen thermische Eigenschaften dem Halbleitermaterial (11) des Halbleitersensorchips (9) entsprechen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Halbleitersensor mit einem Hohlraumgehäuse und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
  • Ein Sensormodul mit einem Hohlraumgehäuse ist aus der Druckschrift DE 103 30 739 bekannt. Bei diesem Sensormodul ist mindestens ein Sensorchip in einem Hohlraumgehäuse aus Kunststoff eingebaut. Dazu ist der Sensorchip auf einen Kunststoffboden des Hohlraumgehäuses aufgeklebt. Das Sensorsignal derartiger Sensormodule kann durch mechanische Spannungen im Sensorchip verzerrt werfen, sodass die Messgenauigkeit des Sensorchips vermindert wird. Dieses kann im Extremfall bis zu Fehlsignalen und Fehlmesswerten führen.
  • Eine Ursache derartiger Signalverzerrungen des Sensorchips könnten an den unterschiedlichen thermischen Eigenschaften des Materials des Sensorchips, wenn der Sensorchip bspw. aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, und des Materials des Hohlraumgehäuses, das in der bekannten Ausführungsform aus einem Kunststoff besteht, liegen. Bei zunehmender Temperatur oder zunehmender Abkühlung der Umgebung, verhalten sich das Sensormaterial und das Gehäusematerial unterschiedlich, zumal der Ausdehnungskoeffizient des Kunststoffs des Gehäuses um den Faktor 4 bis 5 größer ist als der Ausdehnungskoeffizient des Halbleitermaterials des Sensorchips. Durch die Fixierung des Sensorchips auf dem Boden des Hohlraumgehäuses aus Kunststoff werden somit thermische Spannungen in den Sensorchip induziert, die zu den oben erwähnten Fehlmessungen führen können.
  • Insbesondere bei den mikroelektromechanischen Modulen mit Sensor der obigen Anmeldung wird bei Erwärmung des Sensorgehäuses die Druckmembran des Halbleitersensors thermisch verspannt und die Vibrationsfähigkeit der Druckmembran herabgesetzt, was die Sensorempfindlichkeit negativ beeinflusst.
  • Aus der Druckschrift DE 102 23 035 A1 ist ein elektronisches Bauteil mit Hohlraumgehäuse für Hochfrequenzleistungsmodule bekannt. Dazu wird das Hohlraumgehäuse aus drei Modulen hergestellt, einem ersten Modul mit einem metallischen Boden, das die Leistungshalbleiterchips trägt, einem zweiten Modul, das einen Kunststoffrahmen mit entsprechenden Flachleiterzuführungen aufweist und schließlich einem dritten Modul, mit dem das Hohlraumgehäuse abgedeckt wird. Dabei soll der metallische Boden des Hohlraumgehäuses die Verlustwärmeabführung von den Leistungshalbleiterchips verbessern. Jedoch treten auch bei derartigen Modulen thermische Spannungen auf, zumal der thermische Ausdehnungskoeffizient des metallischen Bodens beträchtlich größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Leistungshalbleiterchips. Werden folglich die Leistungshalbleiterchips durch spannungsempfindliche Sensorchips ersetzt, so würde auch mit dieser Modulbauweise das grundlegende Problem der Induzierung von thermischen Spannungen in den Halbleitersensorchip nicht gelöst und damit die Zuverlässigkeit der Messwerte eines Halbleitersensors nicht verbessert.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Halbleitersensor anzugeben, mit dem es möglich ist, zuverlässige Sensormesswerte und Messsignale zu erzeugen, und die Nachteile im oben erwähnten Stand der Technik zu überwinden.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Halbleitersensor mit einem Hohlraumgehäuse aus Kunststoff geschaffen. Der Hohlraum des Kunststoffgehäuses weist eine Öffnung zur Umgebung auf und ist von Kunststoffwänden umgeben. In dem Hohlraumgehäuse ist ein Halbleitersensorchip auf einem Chipträger angeordnet, dessen thermische Eigenschaften dem Halbleitermaterial des Halbleitersensorchips entsprechen.
  • Ein derartiger Halbleitersensor hat den Vorteil, dass thermomechanisch der Halbleitersensorchip von dem umgebenden Kunststoffgehäuse entkoppelt ist. Der wesentlich größere Ausdehnungskoeffizient des umgebenden Kunststoffgehäuses kann sich aufgrund des zwischen Kunststoffgehäuse und Halbleiterchip angeordneten Chipträgers nicht auf den Halbleitersensorchip auswirken, da die thermischen Eigenschaften des Chipträgers an den Halbleitersensorchip angepasst sind. Damit werden thermische Spannungen zwar in den Chipträger induziert, jedoch ist der Chipträger entweder entsprechend massiv aufgebaut oder mit dem Hohlraumgehäuse aus Kunststoff gummielastisch verbunden, sodass thermische Verspannungen entweder von der gummielastischen Fixierung oder vom Chipträger selbst abgefangen werden und sich auf den Halbleitersensorchip nicht auswirken. Damit wird ein Halbleitersensor mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit für die ermittelten Messwerte geschaffen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der Chipträger den Boden des Hohlraumgehäuses, während das Hohlraumgehäuse selbst hauptsächlich die Kunststoffwände und die elektrischen Verbindungselemente zu Außenkontakten aufweist. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die Komponenten des Halbleitersensors, soweit sie nicht den Chipträger betreffen, aus preiswerten Materialien hergestellt werden können, deren thermische Ausdehnungsverhalten keinen unmittelbaren Einfluss auf den Halbleitersensorchip ausüben.
  • Um zu gewährleisten, dass der Chipträger den Boden des Hohlraumgehäuses bilden kann, weisen die Kunststoffwände des Kunststoffgehäuses einen Passsitz im Bodenbereich auf, welcher den Chipträger aufnehmen kann, ohne dass die Kunststoffwände des Hohlraumgehäuses den Halbleitersensorchip berühren oder einbetten.
  • In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Hohlraumgehäuse aus Kunststoff einen Kunststoffboden aufweisen und der Chipträger auf dem Kunststoffboden angeordnet sein. Bei dieser Lösung kann weiteres kostenintensives Material, das mit seinen thermischen Eigenschaften dem Halbleitermaterial des Halbleitersensors angepasst ist, eingespart werden, da nun lediglich der Halbleitersensorchip auf dem thermisch angepassten Chipträger fixiert werden kann.
  • Als Material für den Chipträger kann ein Keramiksubstrat eingesetzt werden, das in seinem thermischen Ausdehnungsverhalten exakt auf das thermische Ausdehnungsverhalten des Halbleitersensorchips abgestimmt ist. Dazu werden die Ausdehnungskoeffizienten und ihre Temperaturabhängigkeit durch entsprechende Mischungsverhältnisse in der Zusammensetzung der Ausgangssubstanzen der Keramik angepasst. Ein derartiges Keramiksubstrat kann mehrere Verdrahtungsschichten aufweisen, die durch Keramiklagen voneinander elektrisch isoliert sind. Die Verdrahtungsschichten können über entsprechende Durchkon takte durch die isolierenden Keramiklagen elektrisch miteinander in Verbindung stehen. Ein derartiges mehrlagiges Keramiksubstrat hat den Vorteil, dass passive Elemente beispielsweise zur Eingangs- und Ausgangsanpassung der Signaleingänge, bzw. der Signalausgänge bereits in die Verdrahtungsschichten des Keramiksubstrats eingebaut werden können.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ragen Innenflachleiterende in den Hohlraum hinein, mit denen der Halbleitersensor über entsprechende flexible Verbindungselemente verbunden ist. Die in den Hohlraum hineinragenden Innenflachleiterenden können von den Kunststoffwänden gestützt werden und die zugehörigen Flachleiter sind in den Kunststoffwänden verankert und gehen außerhalb der Kunststoffwände und außerhalb des Hohlraums in Außenkontakte des Halbleitersensors über. Eine derartige Konstruktion hat den Vorteil, dass Halbleitersensoren in großer Stückzahl mit einer so genannten Leadframe-Technik bzw. Flachleiterrahmen-Technik in Massenfertigung hergestellt werden können.
  • Der Chipträger selbst kann auf verschiedenste Weise mit den Kunststoffwänden mechanisch verbunden sein. Es sind rein kraftschlüssige Verbindungen möglich, bei denen der Chipträger in die Kunststoffmasse der Kunststoffwände eingepresst wird, wobei die Kunststoffwände den Chipträger allseits umgeben. Eine andere Möglichkeit besteht in einer formschlüssigen Verbindung zwischen den Kunststoffwänden und dem Chipträger, indem entsprechende Verankerungsbereiche an dem Chipträger vorgesehen werden. Schließlich ist es auch möglich, eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Chipträger und Kunststoffwänden herzustellen, indem bspw. eine Klebstofffolie oder eine Klebstoffschicht oder ein Keramikzement zwischen Chipträger und Kunststoffwänden vorgesehen wird.
  • Um einen Schutz für den Halbleiterchip und seine Verbindungselemente zu den in den Hohlraum hineinragenden Flachleiterenden zu gewährleisten, wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Halbleiterchip von einer gummielastischen Abdeckmasse bedeckt. Eine derartige gummielastische Abdeckmasse wird dann vorgesehen, wenn der Halbleitersensorchip für Druck und Vibrationsmessungen vorgesehen ist, während für optische Messungen diese Abdeckmasse aus einem optisch transparenten Material besteht. Werden die Messwerte durch das optisch transparente Material als Abdeckmasse auf dem Halbleiterchip negativ beeinflusst, so ist es auch möglich, das Hohlraumgehäuse mit einer transparenten Platte auf der Öffnung des Hohlraums abzudecken. Durch diese transparente Platte können optische Eigenschaften der Umgebung von dem Sensorchip aufgenommen werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Flachleiterrahmen, mit dem derartige Halbleitersensorbauteile herstellbar sind. Ein derartiger Flachleiterrahmen, der auch Leadframe genannt wird, wird aus einer Metallplatte, vorzugsweise aus einer Kupferlegierung hergestellt, und weist Flachleiter auf, die in mehreren Halbleiterbauteilpositionen an dem Flachleiterrahmen angeordnet sind. Diese Flachleiter erstrecken sich durch Kunststoffwände hindurch, die auf den Flachleiterrahmen mittels eines Mold-Prozesses aufgebracht wurden. Diese Flachleiter enden mit ihren inneren Flachleiterenden in dem Hohlraum und sind dort frei zugänglich, solange noch keine Abdeckmasse über den Flachleiterenden angebracht ist. Außerhalb der Kunststoffwände bilden die Flachleiter des Flachleiterrahmens Außenflachleiter, die damit die Außenkontakte des Halbleitersensors bilden. Die Innenflachleiterenden werden mithilfe des Flachleiterrahmens und mithilfe der Kunst stoffwände in ihrer Position fixiert, sodass eine Montage und eine Verbindung zu dem Halbleitersensorchip möglich wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Flachleiterrahmen in den Halbleitersensorpositionen Kunststoffwände auf, die einen Chipträger aus Keramik mit einem darauf angeordneten Halbleitersensorchip umgeben und einen Hohlraum bilden, wobei der Sensorchip über Verbindungselemente in dem Hohlraum mit Innenflachleiterenden des Flachleiterrahmens elektrisch in Verbindung steht und der Hohlraum eine gummielastische Abdeckmasse aufweist, in welche der Halbleitersensorchip, die Verbindungselemente und die Innenflachleiterenden eingebettet sind. Ein derartiger Flachleiterrahmen kann eine Vielzahl von Halbleitersensoren aufweisen, die geschützt durch den Flachleiterrahmen transportiert werden können und erst beim Endverbraucher durch entsprechende Stanz- oder Ätzverfahren aus dem Flachleiterrahmen herausgetrennt werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleitersensoren mit Halbleitersensorchip in Hohlraumgehäusen weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst werden Chipträger hergestellt, deren thermische Eigenschaften dem Halbleitermaterial der Halbleitersensorchips entsprechen. Danach werden Halbleitersensorchips auf die Chipträger aufgebracht. Dieses Aufbringen kann vorzugsweise mittels doppelt klebenden Folien oder mittels einer Klebstoffschicht erfolgen. Außerdem ist ein Auflegieren und/oder ein Auflöten auf den Chipträger möglich.
  • Unabhängig von der Herstellung dieser Einheit aus Chipträger und Halbleitersensorchip werden Flachleiterrahmen hergestellt, mit entsprechenden Halbleitersensorpositionen und Flachleitern, die in die Halbleitersensorpositionen hineinragen. Auf diesen Flachleiterrahmen werden in den Halbleitersensorpositionen Kunststoffwände aufgebracht, die einen Hohlraumbereich für ein Kunststoffgehäuse umgeben. Dabei kann an die Kunststoffwände bereits ein Kunststoffboden angeformt sein, sodass Kunststoffwände und Kunststoffboden zusammen einstückig bleiben.
  • In einer anderen Durchführungsform des Verfahrens bleibt der Bodenbereich der Kunststoffgehäuse offen, sodass der Chipträger mit dem Sensorchip in diese Öffnung im Bodenbereich eingeführt werden kann. Bei dem Herstellen der Kunststoffwände für die Kunststoffgehäuse in den Halbleitersensorpositionen werden Flachleiterenden ausgebildet, die in die von Kunststoffwänden umgebenen Hohlräume hineinragen. Durch entsprechende Formgebung der Hohlraumwände können sich die Innenflachleiterenden auf entsprechenden Ansätzen der Hohlraumwände abstützen. Als Nächstes werden dann die Kunststoffwände und/oder die Kunststoffböden mit einem Keramiksubstrat und dem darauf angeordneten Halbleitersensorchip bestückt. Bei diesem Bestücken wird eine mechanische Verbindung zwischen Kunststoffwänden bzw. Kunststoffböden und dem Keramiksubstrat als Chipträger hergestellt.
  • In einem nächsten Schritt werden Kontaktflächen der Halbleitersensorchips mit den Innenflachleiterenden über Verbindungselemente miteinander verbunden. Dazu werden Verbindungselemente wie Bonddrähte eingesetzt, die relativ flexibel sind, sodass sich die thermischen Verwerfungen zwischen Kunststoffgehäuse und Keramiksubstrat nicht auf den Sensorchip auswirken. Abschließend werden der Halbleitersensorchip, die Verbindungselemente und die Innenflachleiterenden in eine gummielastische Abdeckmasse eingebettet. Diese gummielasti sche Abdeckmasse kann vorzugsweise aus einem Silicongummi bestehen oder ein Acrylharz aufweisen, das für optische Messungen transparent ist. Nachdem auf diese Weise in jeder der Halbleitersensorpositionen des Flachleiterrahmens entsprechende Halbleitersensoren hergestellt wurden, kann der Flachleiterrahmen abgetrennt werden bzw. in Halbleitersensoren aufgetrennt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass für eine Vielzahl von Halbleitersensoren gleichzeitig und parallel Fertigungsschritte durchgeführt werden können. Darüber hinaus liefert dieses Verfahren Halbleitersensoren, deren Messwerte zuverlässig sind und nicht durch thermische Spannungen innerhalb des Halbleitersensorchips verzerrt werden.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit der vorliegenden Erfindung eine Entkoppelung stressempfindlicher Halbleitersensorchips von einem Kunststoffgehäuse erreicht wird. Mit dem erfindungsgemäßen Halbleitersensorchip wird dieser negative Stresseinfluss auf die Charakteristik des Halbleitersensorbauteils vermieden. Durch das Keramiksubstrat als Zwischenträger zwischen Chip und Hohlraumgehäuse aus Kunststoff werden die unterschiedlichen Materialeigenschaften zwischen dem Halbleitermaterial wie Silizium und dem Kunststoffmaterial entkoppelt.
  • Die thermischen Eigenschaften des Chipträgers in Form eines Keramiksubstrats werden vielmehr an das Halbleitermaterial Silizium derart angepasst, dass die Ausdehnungskoeffizienten beider Materialien zunächst in einem großen Temperaturbereich einander entsprechen. Damit werden Schub-, Scher- und Biegespannungen auf den Halbleitersensorchip vermieden und darüber hinaus kann der Chipträger mit einer stoffschlüssigen Klebeverbindung ohne weiteres in dem Hohlraumgehäuse aus Kunststoff befestigt werden. Die größere Masse des Chipträgers kann in höherem Maße den Stress, der durch das Hohlraumgehäuse aus Kunststoff ausgeübt wird, kompensieren, als der empfindliche Halbleitersensorchip.
    •
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
  • 1 bis 8 zeigen schematische Ansichten von Komponenten eines Halbleitersensors einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Chipträger für einen Halbleitersensorchip;
  • 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Chipträger gemäß 1 nach Aufbringen einer doppelseitig klebenden Kunststofffolie;
  • 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Chipträger mit Klebstofffolie gemäß 2 nach Aufbringen eines Halbleitersensorchips;
  • 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Halbleitersensorposition eines Flachleiterrahmens;
  • 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Halbleitersensorposition gemäß 4;
  • 6 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Chipträgers mit Halbleitersensorchip vor einem Einbau in einen Bodenbereich eines Hohlraumgehäuses;
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Hohlraumgehäuse gemäß 6 nach Verbinden des Halbleitersensorchips mit Innenflachleiterenden des Hohlraumgehäuses über Verbindungselemente;
  • 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleitersensorchip gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 9 bis 12 zeigen schematischen Ansichten von Komponenten zur Herstellung eines Halbleitersensors einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 9 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleitersensorchips, der auf einem Keramiksubstrat als Chipträger montiert ist;
  • 10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Halbleitersensorposition vor dem Einbau des Halbleitersensorchips gemäß 9 in ein Hohlraumgehäuse mit Kunststoffboden;
  • 11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse der 10 nach Einbauen des Halbleiterchips mit Keramiksubstrat in das Hohlraumgehäuse;
  • 12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleitersensor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Chipträger 10 für einen Halbleitersensorchip, dessen thermi sche Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf den thermischen Ausdedehnungskoeffizienten des Chipträgermaterials in dem Einsatztemperaturbereich des Halbleitersensors, dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitersensorchips angepasst ist. Dazu eignen sich in vorteilhafter Weise Keramikmaterialien, die sich durch entsprechende Mischung der Ausgangssubstanzen des Grünkörpers bei der Herstellung von Sinter-Keramiken, sowie durch entsprechende Trocknungs- und Brennparameter des Grünkörpers in ihrem Ausdehnungsverhalten derart einstellen lassen, dass ihr thermisches Ausdehnungsverhalten in dem Einsatztemperaturbereich derartiger Halbleitersensoren dem Halbleitermaterial wie Silizium im thermischen Ausdehnungsverhalten entspricht. Komponenten mit gleichen Funktionen in den 1 bis 8 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht mehrfach erörtert.
  • 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Chipträger 10 gemäß 1 nach Aufbringen einer doppelseitig klebenden Klebstofffolie 24. Anstelle einer derartig doppelseitig klebenden Klebstofffolie 24 kann auch ein Keramikzement eingesetzt werden, um eine starre Verbindung zwischen dem Chipträger 10 und dem Halbleitersensorchip sicherzustellen. Eine derartige starre und zementierte Fixierung des Halbleitersensorchips auf dem Chipträger 10 setzt eine volle Übereinstimmung des Ausdehnungsverhaltens des Materials des Halbleitersensorchips und des Chipträgers 10 voraus.
  • Eine derartige zementierte Fixierung hat den Vorteil, dass bei dem späteren Verbinden des Halbleitersensorchips mit entsprechenden Leitungsanschlüssen des Hohlraumgehäuses, dieser Halbleitersensorchip zuverlässig und sicher mit den Verbindungselementen verbunden werden kann, zumal ein Vibrieren des Halbleitersensorchips bei Ultraschallanregungen während des Verbindungsvorgangs durch die zementierte Fixierung unterbunden wird. Eine weitere Möglichkeit der Fixierung des Halbleitersensorchips mit seiner Rückseite auf dem Chipträger 10 besteht in der Möglichkeit der unterschiedlichsten Löttechniken, wie Weichlöttechnik, Diffusionslöttechnik und/oder eutektischer Löttechnik. Diese Löttechniken führen zu dem gleichen Ergebnis einer relativ starren, mechanischen Verbindung zwischen dem Halbleitersensorchip und dem Chipträger 10 wie ein Keramikzement.
  • 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Chipträger 10 mit Klebstofffolie 24 gemäß 2 nach Aufbringen eines Halbleitersensorchips 9 aus einem Halbleitermaterial 11 wie vorzugsweise Silizium. Eine derartige Klebstofffolie 24 hat gegenüber den oben erwähnten starren Fixierungen den Vorteil, dass sie geringe Differenzen zwischen dem Ausdehnungsverhalten des Chipträgers 10 und dem Ausdehnungsverhalten des Halbleitersensorchips 9 in minimalen Grenzen ausgleichen kann, ohne dass der Halbleitersensorchip 9 beschädigt wird und ohne dass die Messwerte des Halbleitersensorchips 9 verfälscht werden.
  • 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Halbleitersensorposition 21 eines Flachleiterrahmens 23. In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung ist in der Halbleitersensorposition 21 ein Hohlraumgehäuse 3 angeordnet, das einen Hohlraum 5 aufweist, der derart strukturiert ist, dass Kunststoffwände 8 einen nach unten und oben, d. h. oberhalb und unterhalb der Zeichenebene offenen Hohlraum 5 umgeben. Diese Kunststoffwände 8 sind an dem Flachleiterrahmen 23 in der jeweiligen Halbleiterbauteilposition 21 angegossen und weisen in ihrem inneren Bereich zu dem Hohlraum 5 hin einen Ansatz 25 auf. Dieser Ansatz 25 trägt Innenflachleiterenden 17, die durch die Kunststoffwände 8 hindurchführen und dort verankert sind und außerhalb der Kunststoffwände 8 in Außenflachleiter 19 übergehen. Über diese Außenflachleiter 19, die von dem Flachleiterrahmen 23 in Position gehalten werden, können Messsignale abgegriffen werden und Versorgungspotentiale an den Halbleitersensorchip angelegt werden.
  • 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Halbleitersensorposition 21 gemäß 4 mit einem nach unten offenen Bodenbereich 14 und einer nach oben zur Umgebung 7 gerichteten Öffnung 6 des Hohlraumgehäuses 3 gemäß 4. Dabei sind in dieser Ausführungsform der Erfindung die Flachleiter 18 gekröpft und überwinden beim Durchgang durch die Kunststoffwände 8 einen Niveauunterschied zwischen den Außenflachleitern 19 und den Innenflachleiterenden 17. Die Innenflachleiterenden 17 sind auf dem Ansatz 25 der Kunststoffwände 8 angeordnet und werden von diesem Ansatz 25 gestützt. Die lichte Weite w zwischen den von den Kunststoffwänden 8 vorspringenden Ansätzen 25 auf gegenüberliegenden Kunststoffwänden 8 ist kleiner als die lichte Weite W der Öffnung im Bodenbereich 14 des Hohlraumgehäuses 3. Dabei ist die lichte Weite w zwischen den gegenüberliegenden Ansätzen 25 der flächigen Erstreckung des Halbleitersensorchips 9 angepasst und die lichte Weite W im Bodenbereich 14 des Hohlraumgehäuses 3 ist der flächigen Erstreckung des Chipträgers 10 angepasst.
  • 6 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Chipträgers 10 mit Halbleitersensorchip 9 vor einem Einbau in einen Bodenbereich 14 eines Hohlraumgehäuses 3 in einer Halbleitersensorposition 21 eines Flachleiterrahmens 23. Der nur teilweise gezeigte Flachleiterrahmen 23 weist eine Vielzahl derartiger Halbleitersensorpositionen 21 auf. Demnach werden auf dem Flachleiterrahmen 23 eine Vielzahl von Hohlraumgehäusen 3 zur Verfügung gestellt, die in ihrem Bodenbereich 14 eine Öffnung 26 aufweisen. Dieses ist eine gestufte Öffnung 26, in die der größere Chipträger 10 mit dem darauf angeordneten kleineren Halbleitersensorchip 9 durch Einführen in Pfeilrichtung A eingebaut werden kann.
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Hohlraumgehäuse 3 nach Verbinden des Halbleitersensorchips 9 mit Innenflachleiterenden 17 des Hohlraumgehäuses 3 über Verbindungselemente 22. Der Chipträger 10 ist über eine Klebstoffschicht 27 mit dem Ansatz 25 der Kunststoffwände 8 mechanisch verbunden und in den Passsitz 13 eingepasst. Nach dem Einbauen des Chipträgers 10 mit Halbleitersensorchip 9 in die Öffnung 26 im Bodenbereich 14 sind das Niveau, auf dem sich die von den Wandansätzen 25 getragenen Innenflachleiterenden 17 befinden und das Niveau der aktiven Oberseite 28 des Halbleitersensorchips 9 aneinander angeglichen. In diesem Zustand können entsprechende Kontaktflächen des Halbleitersensorchips 9 über Bonddrähte 29 elektrisch mit den Innenflachleiterenden 17 verbunden werden, ohne dass eine mechanische Kopplung zwischen dem Halbleitersensorchip 9 und dem Hohlraumgehäuse 3 entsteht, zumal die Bonddrähte 29 flexibel und elastisch sind und keine mechanischen Spannungen übertragen können.
  • 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleitersensor 1 nach Einbetten des Halbleitersensorchips 9, der Verbindungselemente 22 in Form von Bonddrähten 29, und den Innenflachleiterenden 17 in eine gummielastische Abdeckmasse, die in dieser ersten Ausführungsform der Erfindung transparent ist und aus einem Silikongummi besteht. Sowohl die Verbindungselemente 22 als auch die gummielastische Abdeckmasse 20 werden über die Öffnung 6 des Hohlraumgehäuses 3 in den Hohlraum 5 eingebracht. Dieses kann für die Vielzahl der Halbleitersensoren 1 eines Flachleiterrahmens in einem parallelen Fertigungsverfahren gleichzeitig durch eine Dispens-Technik mit einer Vielzahl von Dispens-Düsen entweder zeilenweise oder spaltenweise für den Flachleiterrahmen erfolgen. Auch eine Matrixanordnung von Dispensdüsen ist denkbar, um möglichst parallel die Vielzahl von Halbleitersensorbauteilen 1 auf dem Flachleiterrahmen fertig zu stellen. Nach Aufbringen der Abdeckmasse 20 kann dann der Flachleiterrahmen derart getrennt werden, dass die Halbleitersensoren 1 der Halbleitersensorpositionen 21 als Einzelbauteile zur Verfügung stehen.
  • Die 9 bis 12 zeigen schematische Ansichten von Komponenten zur Herstellung eines Halbleitersensors 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen in den 9 bis 12 gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
  • 9 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleitersensorchips 9, der auf einem Keramiksubstrat 16 als Chipträger 10 montiert ist.
  • 10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Halbleitersensorposition 21 vor dem Einbau des Halbleitersensorchips gemäß 9 in ein Hohlraumgehäuse 3 mit einem Boden 12 aus Kunststoff. Dabei sind in dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung die Kunststoffwände 8 und der Kunststoffboden 15 mit einem einzigen Spritzgussschritt einstückig hergestellt. Gleichzeitig werden bei diesem Spritzgussschritt die Flachleiter 18 in die Kunststoffmasse 4 des Hohlraumgehäuses 3 eingebettet, sodass lediglich die Innenflachleiterenden 17 auf einem Ansatz 25 der Kunststoffwände 8 und die Außenflachleiter 19 frei zugänglich bleiben. Auf den Kunststoffboden 15 kann die in 5 gezeigte Kombination aus Keramiksubstrat 16 und Halbleitersensorchip 9 eingebracht werden.
  • 11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse 3 der 10 nach Einbau des Halbleitersensorchips 9 mit dem Keramiksubstrat 16 auf dem Boden 12 des Hohlraumgehäuses 3. Der Ansatz 25 der Kunststoffwände 8 ist derart dimensioniert, dass die frei zugänglichen Innenflachleiterenden 17 in etwa das gleiche Niveau haben wie die aktive Oberseite 28 des Halbleitersensorchips 9. Somit ist es möglich, Kontaktflächen auf der aktiven Oberseite 28 über Bonddrähte mit den freiliegenden Innenflachleiterenden 17 elektrisch zu verbinden.
  • 12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleitersensor 2 der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Dazu wird wieder eine gummielastische Kunststoffabdeckung in Form einer vernetzbaren Siliconmasse in den Hohlraum 5 über die Öffnung 6 eingebracht und der Halbleitersensorchip 9, die Verbindungselemente 22 und die Innenflachleiterenden 17 werden in diese gummielastische bzw. transparente Abdeckmasse 20 eingebettet.

Claims (15)

  1. Halbleitersensor mit einem Hohlraumgehäuse (3) aus Kunststoff (4), das einen Hohlraum (5) mit einer Öffnung (6) zur Umgebung (7) und den Hohlraum (5) umgebende Kunststoffwände (8) aufweist, wobei in dem Hohlraumgehäuse (3) ein Halbleitersensorchip (9) auf einem Chipträger (10) angeordnet ist, dessen thermische Eigenschaften dem Halbleitermaterial (11) des Halbleitersensorchips (9) entsprechen.
  2. Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Chipträger (10) den Boden (12) des Hohlraumgehäuses (3) bildet.
  3. Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffwände (8) des Kunststoffgehäuses (3) einen Passsitz (13) für den Chipträger (10) im Bodenbereich (14) aufweisen.
  4. Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlraumgehäuse (3) aus Kunststoff (4) einen Kunststoffboden (15) aufweist und der Chipträger (10) auf dem Kunststoffboden (15) angeordnet ist.
  5. Halbleitersensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Chipträger (10) ein Keramiksubstrat (16) aufweist.
  6. Halbleitersensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramiksubstrat (16) mehrere Verdrahtungsschichten aufweist, die durch Keramiklagen voneinander elektrisch getrennt sind und über Durchkontakte durch die Keramiklagen elektrisch miteinander in Verbindung stehen.
  7. Halbleitersensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleitersensor (1) in dem Hohlraum (5) einen Halbleitersensorchip (9) aufweist, der mit Innenflachleiterenden (17), die in den Hohlraum (5) hineinragen und deren Flachleiter (18) in den Kunststoffwänden (8) verankert sind, elektrisch in Verbindung steht.
  8. Halbleitersensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenflachleiterenden (17) über die verankerten Flachleiter (18) mit Außenflachleitern (19) elektrisch in Verbindung stehen.
  9. Halbleitersensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Chipträger (10) mit den Kunststoffwänden (8) kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
  10. Halbleitersensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleitersensorchip (9) in dem Hohlraum (5) von einer gummielastischen Abdeckmasse (20) bedeckt ist.
  11. Halbleitersensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleitersensorchip (9) in dem Hohlraum (5) von einer optisch transparenten Abdeckmasse (20) bedeckt ist.
  12. Halbleitersensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlraumgehäuse (3) als Abdeckung des Hohlraumes (5) eine transparente Platte auf der Öffnung (6) aufweist.
  13. Flachleiterrahmen mit Flachleitern (18) und mit mehreren Halbleitersensorpositionen (21), wobei der metallische Flachleiterrahmen (23) Flachleiter (18) aufweist, die in den Halbleitersensorpositionen (21) durch Kunststoffwände (8) hindurchführen und in den Hohlraum (5) mit ihren Innenflachleiterenden (17) hineinragen und außerhalb der Kunststoffwände (8) Außenflachleiter (19) aufweisen, die mittels des Flachleiterrahmens (23) und der Kunststoffwände (8) in ihren Positionen fixiert sind.
  14. Flachleiterrahmen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Flachleiterrahmen (23) in den Halbleitersensorpositionen (21) Kunststoffwände (8) aufweist, die einen Chipträger (10) aus Keramik mit einem darauf angeordneten Halbleitersensorchip (9) umgeben und einen Hohlraum (5) bilden, wobei der Halbleitersensorchip (9) über Verbindungselemente (22) in dem Hohlraum (5) mit Innenfachleiterenden (17) des Flachleiterrahmens (23) elektrisch in Verbindung steht und der Hohlraum (5) eine gummielas tische Abdeckmasse (20) aufweist, in welche der Halbleitersensorchip (9), die Verbindungselemente (22) und die Innenfachleiterenden (17) eingebettet sind.
  15. Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleitersensoren (1, 2) mit Halbleitersensorchips (9) in Hohlraumgehäusen (3), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen von Chipträgern (10), deren thermische Eigenschaften dem Halbleitermaterial (11) der Halbleitersensorchips (9) entsprechen; – Aufbringen von Halbleitersensorchips (9) auf die Chipträger (10); – Herstellen eines Flachleiterrahmens (23) mit Halbleitersensorpositionen (21) und Flachleitern (18) in den Halbleitersensorpositionen (21); – Aufbringen von Kunststoffwänden (8) in den Halbleitersensorpositionen (21) mit oder ohne Kunststoffboden (15) unter Ausbilden von Innenflachleiterenden (17), die in von Kunststoffwänden (8) umgebene Hohlräume (5) hineinragen; – Bestücken der Kunststoffwände (8) und/oder der Kunststoffböden (15) mit einem Keramiksubstrat (16) und darauf angeordnetem Halbleitersensorchip (9); – Verbinden von Kontaktflächen der Halbleitersensorchips (9) mit den Innenflachleiterenden (17) über Verbindungselemente (22); – Einbetten der Halbleitersensorchips (9), der Verbindungselemente (22) und der Innenflachleiterenden (17) in eine gummielastische Abdeckmasse (20); – Auftrennen des Flachleiterrahmens (23) in Halbleitersensorbauteile (1, 2).
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