DE102004045854B4 - Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleitersensoren mit Halbleitersensorchips in Hohlraumgehäusen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleitersensoren (1, 2) mit Halbleitersensorchips (9) in Hohlraumgehäusen (3) mit je einer Öffnung (r) zur Umgebung (7), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen von Keramiksubstraten (16) als Chipträger (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) in der Öffnung (26) des jeweiligen Bodenbereichs (14) jeweils mit dem Keramiksubstrat (16) und darauf angeordnetem Halbleitersensorchip (9), so dass das Keramiksubstrat jeweils den Boden des Hohlraumgehäuses (3) bildet, oder Bestücken der Kunststoffböden (15) jeweils 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).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleitersensoren mit Halbleitersensorchips in Hohlraumgehäusen.
  • Ein Sensormodul mit einem Hohlraumgehäuse ist aus der Druckschrift US 5 600 071 A bekannt. Bei diesem Sensormodul ist mindestens ein Sensorchip in einem Hohlraumgehäuse aus Kunststoff eingebaut. Dazu ist der Sensorchip auf einen Kunststoffboden des Hohlraumgehäuses befestigt. Das Sensorsignal derartiger Sensormodule kann durch mechanische Spannungen im Sensorchip verzerrt werden, 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 US 5 994 161 A ist ein Halbleitersensor mit einem Hohlraumgehäuse aus Kunststoff bekannt, das einen Hohlraum mit einer Öffnung zur Umgebung und den Hohlraum umgebende Kunststoffwände aufweist, wobei in dem Hohlraumgehäuse ein Halbleitersensorchip auf einem keramischen Chipträger angeordnet ist, dessen thermische Eigenschaften denen des Halbleitermaterials des Halbleitersensorchips entsprechen. Der Halbleitersensorchip steht über Bonddrähte mit Innenflachleiterenden in elektrischer Verbindung, die in den Hohlraum hineinragen und deren Flachleiter in den Kunststoffwänden verankert sind und mit Außenflachleitern elektrisch in Verbindung stehen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleitersensoren mit Halbleiterchips in Hohlraumgehäusen anzugeben, mit denen es möglich ist, zuverlässige Sensormesswerte und Messsignale zu erzeugen und zugleich die Herstellung derselben zu vereinfachen.
  • 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 keramischen Chipträger angeordnet, dessen thermische Eigenschaften dem Halbleitermaterial des Halbleitersensorchips entsprechen. Vor dem Einbau in das Hohlraumgehäuse wird der Halbleitersensorchip auf dem keramischen Chipträger befestigt, so dass sie eine bauliche Einheit bilden.
  • 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 keramischen Chipträgers nicht auf den Halbleitersensorchip auswirken, da die thermischen Eigenschaften des Chipträgers an den Halbleitersensorchip angepasst sind. Damit wird ein Halbleitersensor mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit für die ermittelten Messwerte geschaffen.
  • In einer ersten erfindungsgemäßen Alternative bildet der Chipträger aus Keramik den Boden des Hohlraumgehäuses, während das Hohlraumgehäuse selbst hauptsächlich die Kunststoffwände und die elektrischen Verbindungselemente zu Außenkontakten aufweist. Diese Alternative 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 keramische 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 zweiten erfindungsgemäßen Alternative weist das Hohlraumgehäuse aus Kunststoff einen Kunststoffboden auf, wobei der keramische Chipträger auf dem Kunststoffboden angeordnet ist. 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 ist.
  • Als Material für den keramischen Chipträger wird ein Keramiksubstrat eingesetzt, 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 Durchkontakte 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.
  • Die Innenflachleiterenden ragen 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 keramische 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, werden der Halbleiterchip, die Verbindungselemente und die Flachleiterenden 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 gummielastische 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. Allerdings ist dies kein erfindungsgemäßes Beispiel.
  • Der in der Erfindung eingebaute 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 Kunststoffwände in ihrer Position fixiert, sodass eine Montage und eine Verbindung zu dem Halbleitersensorchip möglich wird,
  • wobei der Sensorchip über die Verbindungselemente in dem Hohlraum mit Innenflachleiterenden des Flachleiterrahmens elektrisch in Verbindung steht und der Hohlraum die 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.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleitersensoren mit Halbleitersensorchip in Hohlraumgehäusen weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst werden Chipträger aus Keramik 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 keramischem 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 ist gemäß einer Alternative der Erfindung an die Kunststoffwände bereits ein Kunststoffboden angeformt, sodass Kunststoffwände und Kunststoffboden zusammen einstückig bleiben.
  • Gemäß einer anderen Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens bleibt der Bodenbereich der Kunststoffgehäuse offen, sodass der keramische 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 oder alternativ 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 gummielastische Abdeckmasse kann vorzugsweise aus einem Silikongummi 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, wird der Flachleiterrahmen abgetrennt bzw. in Halbleitersensoren aufgetrennt. 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 Halbleitersensor wird dieser negative Stresseinfluss auf die Charakteristik des Halbleitersensorchips 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 einzelnen Verfahrensschritten zur Herstellung eines Halbleitersensors einer ersten Alternative der Erfindung;
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen keramischen Chipträger für einen Halbleitersensorchip;
  • 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den keramischen Chipträger gemäß 1 nach Aufbringen einer doppelseitig klebenden Kunststofffolie;
  • 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den keramischen Chipträger mit Klebstofffolie gemäß 2 nach Aufbringen des Halbleitersensorchips;
  • 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Halbleitersensorposition eines Flachleiterrahmens mit einem Hohlraumgehäuse;
  • 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Halbleitersensorposition gemäß 4;
  • 6 zeigt einen schematischen Querschnitt des keramischen Chipträgers mit Halbleitersensorchip vor einem Einbau in einen Bodenbereich des Hohlraumgehäuses;
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse gemäß 6 nach Verbinden des Halbleitersensorchips mit Innenflachleiterenden des Hohlraumgehäuses über Verbindungselemente;
  • 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Halbleitersensorchip gemäß 7 mit einer gummielastischen Abdeckmasse;
  • 9 bis 12 zeigen schematische Ansichten von einzelnen Verfahrensschritten zur Herstellung eines Halbleitersensors einer zweiten Alternative der Erfindung;
  • 9 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleitersensorchips, der auf einem Keramiksubstrat als Chipträger montiert ist;
  • 10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Hohlraumgehäuse mit Kunststoffboden vor dem Einbau des Halbleitersensorchips mit Keramiksubstrat gemäß 9;
  • 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 11 mit einer gummielastischen Abdeckmasse.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen keramischen Chipträger 10 für einen Halbleitersensorchip, dessen thermische Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten 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 keramischen 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 Anwendung 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 den keramischen 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 Ausführungsform der ersten Alternative 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 des keramischen Chipträgers 10 mit Halbleitersensorchip 9 vor einem Einbau in einen Bodenbereich 14 des Hohlraumgehäuses 3 in einer Halbleitersensorposition 21 des 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 wird.
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse 3 nach Verbinden des Halbleitersensorchips 9 mit Innenflachleiterenden 17 des Hohlraumgehäuses 3 über Verbindungselemente 22. Der keramische 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 wird dann der Flachleiterrahmen derart getrennt, dass die Halbleitersensoren 1 der Halbleitersensorpositionen 21 als Einzelbauteile zur Verfügung stehen.
  • Die 9 bis 12 zeigen schematische Ansichten von einzelnen Verfahrensschritten zur Herstellung eines Halbleitersensors 2 mit einem Kunststoffboden. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden in den 9 bis 12 mit gleichen Bezugszeichen 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 den 10 bis 12 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 9 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 gemäß 11 mit einer gummielastischen Kunststoffabdeckung. Die Kunststoffabdeckung wird in Form einer vernetzbaren Silikonmasse in den Hohlraum 5 über die Öffnung 6 eingebracht und der Halbleitersensorchip 9, die Verbindungselemente 22 und die Innenflachleiterenden 17 werden in diese gummielastische und gegebenenfalls transparente Abdeckmasse 20 eingebettet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleitersensor (erste Ausführungsform)
    2
    Halbleitersensor (zweite Ausführungsform)
    3
    Hohlraumgehäuse
    4
    Kunststoffmasse
    5
    Hohlraum
    6
    Öffnung zur Umgebung
    7
    Umgebung
    8
    Kunststoffwand
    9
    Halbleitersensorchip
    10
    Chipträger
    11
    Halbleitermaterial
    12
    Boden des Hohlraumgehäuses
    13
    Passsitz
    14
    Bodenbereich
    15
    Kunststoffboden
    16
    Keramiksubstrat
    17
    Innenflachleiterende
    18
    Flachleiter
    19
    Außenflachleiter
    20
    gummielastische bzw. transparente Abdeckmasse
    21
    Halbleitersensorposition
    22
    Verbindungselement
    23
    Flachleiterrahmen
    24
    Klebstofffolie
    25
    Ansatz der Kunststoffwand
    26
    Öffnung im Bodenbereich
    27
    Klebstoffschicht
    28
    aktive Oberseite des Halbleitersensorchips
    29
    Bonddraht
    A
    Pfeilrichtung
    W
    lichte Weite der Ansätze
    W
    lichte Weite der Öffnung im Bodenbereich

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung mehrerer Halbleitersensoren (1, 2) mit Halbleitersensorchips (9) in Hohlraumgehäusen (3) mit je einer Öffnung (r) zur Umgebung (7), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen von Keramiksubstraten (16) als Chipträger (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) in der Öffnung (26) des jeweiligen Bodenbereichs (14) jeweils mit dem Keramiksubstrat (16) und darauf angeordnetem Halbleitersensorchip (9), so dass das Keramiksubstrat jeweils den Boden des Hohlraumgehäuses (3) bildet, oder Bestücken der Kunststoffböden (15) jeweils 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).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Halbleitersensorchips (9) auf die Chipträger (10) mittels doppelt klebenden Folien erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Halbleiterchips (9) auf die Chipträger (10) mittels einer Klebstoffschicht erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Halbleiterchips (9) auf die Chipträger (10) mittels eines Auflegierens und/oder eines Auflötens auf die Chipträger (10) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch entsprechende Formgebung der Hohlraumwände sich die Innenflachleiterenden (17) auf entsprechenden Ansätzen (25) der Hohlraumwände abstützen.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungselemente (22) Bonddrähte eingesetzt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gummielastische Abdeckmasse (20) aus einem Silikongummi besteht.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gummielastische Abdeckmasse (20) ein Acrylharz aufweist, das für optische Messungen transparent ist.
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