DE102004059397A1

DE102004059397A1 - Drucksensor mit gekapselter Membran

Info

Publication number: DE102004059397A1
Application number: DE102004059397A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kariya Aratani; Takashige Kariya Saitou; Yasuaki Kariya Makino
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2005-07-14
Also published as: US20050132813A1; JP2005181066A; US7191659B2

Abstract

Ein Drucksensor (S1) enthält eine Druckerfassungskammer (40), die abschnittsweise durch eine Membran (34) zur Aufnahme eines zu messenden Druckes ausgebildet ist, und ein Halbleiterchip (20) mit einer Membran (21) als ein druckempfindlicher Abschnitt ist in der Druckerfassungskammer (40) vorgesehen. Eine elektrisch isolierende Druckübertragungsflüssigkeit (41) zur Übertragung des zu messenden Druckes, der von der Membran (34) aufgenommen wird, zum Halbleiterchip (20) ist gekapselt in die Druckerfassungskammer (40) eingefüllt. Außerdem ist eine elektrische Schaltung (22) zur Signalverarbeitung um den druckempfindlichen Abschnitt (21) an der Oberflächenseite des Halbleiterchips (20) vorgesehen. Die elektrische Schaltung (22) ist durch den Schutzfilm (24) beschichtet. Ein elektrisch leitender Film (26), der auf Massepotential gesetzt ist, ist als die oberste Schicht des Halbleiterchips (20) auf der Oberfläche des Schutzfilms (24) ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor und insbesondere einen Drucksensor mit gekapselter Membran.

Ein Drucksensor mit gekapselter Membran wurde z. B. in der JP-A-7243926 vorgeschlagen. Gemäß diesem Drucksensor ist eine Druckerfassungskammer abschnittsweise durch eine Metallmembran zur Aufnahme eines zu messenden Druckes in einem Behälter ausgebildet, ein Halbleiterchip, der einen druckempfindlichen Abschnitt aufweist, ist in der Druckerfassungskammer vorgesehen, und eine elektrisch isolierende Druckübertragungsflüssigkeit zur Übertragung des von der Metallmembran aufgenommenen Drucks zum Halbleiterchip ist gekapselt in die Druckerfassungskammer eingefüllt.

Der Drucksensor enthält einen Halbleiterchip, der einen druckempfindlichen Abschnitt aufweist, beispielsweise eine Membran oder Ähnliches, und auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist. Der Drucksensor enthält außerdem einen integrierten Sensorchip zur Signalverarbeitung, der aus einer elektrischen Schaltung besteht, die um den druckempfindlichen Abschnitt an einer Oberflächenseite des Halbleiterchips angeordnet ist. Die elektrische Schaltung weist Transistorelemente etc. auf, die am Umfangsabschnitt des Halbleiterchips durch ein Halbleiterherstellungsverfahren ausgebildet werden. Außerdem ist die Oberfläche der elektrischen Schaltung von einem Schutzfilm bedeckt, der aus einem Siliziumnitridfilm oder Ähnlichem im Halbleiterchip ausgebildet ist.

In dem oben beschriebenen Drucksensor wird der zu messende Druck auf die Oberfläche der Metallmembran an der gegenüberliegenden Seite der Druckerfassungskammer ausgeübt, und der zu messende Druck wird von der Metallmembran durch die Druckübertragungsflüssigkeit auf den druckempfindlichen Abschnitt des Halbleiterchips ausgeübt.

Ein elektrisches Signal, das von dem druckempfindlichen Abschnitt auf der Grundlage des gemessenen Druckes ausgebeben wird, wird verstärkt und durch die elektrische Schaltung eingestellt und extern übertragen.

In dem oben beschriebenen Drucksensor kann die Druckübertragungsflüssigkeit im Drucksensor jedoch in einer elektrostatischen Umgebung polarisiert werden, so dass die Oberflächenseite des Halbleiterchips elektrifiziert wird. Außerdem wird, wie es in der JP-A-7243926 beschrieben ist, häufig Öl oder Ähnliches als Druckübertragungsflüssigkeit verwendet. Dementsprechend breiten sich Ladungen, die auf Grund der Elektrifizierung auftreten, auf den Schaltungselementen wie z. B. einem Transistorelement oder Ähnlichem, die die elektrische Schaltung bilden, aus und verursachen eine Fehlfunktion der elektrischen Schaltung des Halbleiterchips, wodurch eine Veränderung der Halbleitercharakteristika verursacht wird.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drucksensor mit gekapselter Membran bereitzustellen, bei dem eine Fehlfunktion einer elektrischen Schaltung, die einem Halbleiterchip zugeordnet ist, verhindert wird, wenn der Halbleiterchip durch eine statische Elektrizität elektrifiziert wird.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.

Der Halbleiterchip ist in einer Druckerfassungskammer untergebracht, die abschnittsweise durch eine Membran in einem Gehäuse ausgebildet ist, wobei eine elektrisch isolierende Druckübertragungsflüssigkeit kapselnd in die Druckerfassungskammer gefüllt ist.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Drucksensor vorgesehen, der aufweist: eine Druckerfassungskammer, die abschnittsweise durch eine Membran zur Aufnahme des zu messenden Druckes und einem Behälter ausgebildet ist, einen Halbleiterchip, der einen druckempfindlichen Abschnitt aufweist und in der Druckerfassungskammer vorgesehen ist, und eine elektrisch isolierende Druckübertragungsflüssigkeit, die in die Druckerfassungskammer kapselnd gefüllt ist, zur Übertragung des zu messenden Druckes, der von der Membran aufgenommen wird, zum Halbleiterchip, eine elektrische Schaltung zur Signalverarbeitung, die um den druckempfindlichen Abschnitt an der Oberflächenseite des Halbleiterchips vorgesehen ist und mit einem Schutzfilm beschichtet ist, wobei ein elektrisch leitender Film mit einer elektrischen Leitfähigkeit als oberste Schicht des Halbleiterchips auf der Oberfläche des Schutzfilmes, der die elektrische Schaltung beschichtet, ausgebildet ist und wobei der elektrisch leitende Film auf Massepotential gesetzt ist.

Gemäß dem ersten Aspekt können sogar dann, wenn die Druckübertragungsflüssigkeit durch eine statische Elektrizität polarisiert wird und die Oberfläche des Halbleiterchips elektrifiziert wird, Ladungen, die durch die Elektrifizierung erzeugt werden, durch den elektrisch lei tenden Film, der auf Massepotential gesetzt ist, entfernt werden.

Dementsprechend kann in dem Drucksensor mit gekapselter Membran sogar dann, wenn die Oberfläche des Halbleiterchips durch eine statische Elektrizität elektrifiziert wird, eine Fehlfunktion der elektrischen Schaltung des Halbleiterchips verhindert werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt kann der elektrisch leitende Film in dem Drucksensor gemäß dem ersten Aspekt aus einem Aluminiumfilm ausgebildet sein.

Gemäß einem dritten Aspekt kann der elektrisch leitende Film in dem Drucksensor gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt, bei denen der Behälter mit einem Masseanschluss, der auf Massepotential gesetzt ist, versehen ist, durch elektrisches Verbinden des elektrisch leitenden Filmes mit dem Masseanschluss (GND-Anschluss) auf Massepotential gesetzt werden.

Gemäß einem vierten Aspekt ist der elektrisch leitende Film in dem Drucksensor gemäß dem dritten Aspekt durch einen Draht elektrisch mit dem Masseanschluss verbunden.

Gemäß einem fünften Aspekt kann in dem Drucksensor gemäß einem der ersten bis vierten Aspekte Öl als Druckübertragungsflüssigkeit verwendet werden.

Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigen:
1 einen Querschnitt, der den Gesamtaufbau eines Drucksensors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt,
2A eine Draufsicht, die eine Druckaufnahmeoberfläche eines Halbleiterchips zeigt, und 2B einen Querschnitt entlang einer Linie IIB-IIB,
3 einen Querschnitt eines Abschnitts des Halbleiterchips der 2A und 2B, der mit einer elektrischen Schaltung ausgebildet ist,
4A bis 4F Querschnitte, die ein Verfahren zur Herstellung des Drucksensors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigen, und
5 einen Querschnitt eines Drucksensors gemäß dem Stand der Technik, der einen Abschnitt eines Halbleiterchips zeigt, der mit einer elektrischen Schaltung versehen ist.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. In den jeweiligen Figuren werden die selben oder äquivalente Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um die Beschreibung zu vereinfachen.
1 zeigt einen Querschnitt, der den Gesamtaufbau eines Drucksensors S1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Drucksensor S1 ist nicht auf ein bestimmtes Anwendungsfeld begrenzt und kann z. B. zur Erfassung eines Kühldrucks in einem Kühlrohr einer Klimaanlage, die in einem Fahrzeug angebracht ist, verwendet werden.
Der Drucksensor enthält einen Verbinderbehälter 10, der durch ein gesenkgeformtes Harz wie z. B. PPS (Polyvinylinsulfid), PBT (Polybutylentherephtalat) oder Ähnlichem ausgebildet ist. Der Behälter 10 kann z. B. in einer im Wesentlichen säulenförmigen Gestalt ausgelegt sein. Ein Einschnittsabschnitt 11 ist an einem Endabschnitt (der Endabschnitt an der unteren Seite in 1) des Verbinderbehälters 10, der als Harzbehälter dient, ausgebildet.
Ein Halbleiterchip 20 ist an der Bodenfläche des Einschnittabschnitts 11 des Verbinderbehälters 10 angeordnet. Der Halbleiterchip 20 ist ein Sensorelement zur Erfassung eines Druckes. Der genaue Aufbau des Halbleiterchips 20 ist in den 2A, 2B und 3 gezeigt.
2A ist eine Draufsicht, die eine Druckaufnahmeoberflächenseite, d. h. eine Oberflächenseite des Halbleiterchips 20 zeigt, und 2B ist ein Querschnitt entlang der Linie IIB-IIB der 2A. 3 ist ein Querschnitt eines Abschnitts des Halbleiterchips 20 für eine elektrische Schaltung 22. Der Halbleiterchip 20 weist eine Halbleitermembran als druckempfindliches Element auf, das eine Membran 21 als druckempfindlichen Abschnitt aufweist. Der Halbleiterchip 20 wandelt den von der Membran aufgenommenen Druck in ein elektrisches Signal um und überträgt das Sensorsignal extern.
Hier wird die Membran in Verbindung mit der Ausbildung eines Einschnittsabschnitts an der hinteren Oberfläche eines Siliziumsubstratabschnitts 20a durch anisotropes Ätzen unter Verwendung einer Alkalilösung wie z. B. KOH (Kaliumhydroxid) oder Ähnlichem auf der hinteren Oberfläche des Siliziumsubstratabschnitts 20a des Halbleiterchips 20 ausgebildet.
Zur Unterscheidung der Membran 21 des Halbleiterchips 20 von einer Metallmembran 34, die zur Ausbildung einer Druckerfassungskammer 40, die später beschrieben wird, verwendet wird, wird die Membran 21 des Halbleiterchips 20 im Folgenden als "Siliziummembran 21" bezeichnet.
Gemäß einem allgemeinen Aufbau eines Halbleiterchips mit Halbleitermembran, sind im Halbleiterchip 20 dieser Ausführungsform außerdem Dehnungsmesswiderstandsschichten (nicht gezeigt), die Verunreinigungsdiffusionsschichten oder Ähnliches aufweisen, in der Siliziummembran 21 ausgebildet, und diese Widerstandsschichten bilden eine Brückenschaltung. Eine Ausgangsänderung der Brückenschaltung, die durch eine Dehnung der Siliziummembran 21 verursacht wird, wird als ein elektrisches Signal ausgegeben.
Eine elektrische Schaltung 22 zur Signalverarbeitung ist um die Siliziummembran 21 an der Oberflächenseite des Halbleiterchips 20 vorgesehen.
Die elektrische Schaltung 22 wird zur Verstärkung/Einstellung des elektrischen Signals der Brückenschaltung verwendet, und das signalverarbeitete elektrische Signal wird als ein Sensorsignal von dem Halbleiterchip 20 ausgegeben.
Wie es in 3 gezeigt ist, weist die elektrische Schaltung 22 Schaltungselemente wie z. B. Transistorelemente etc. und Verdrahtungsschichten zur Verbindung der Schaltungselemente miteinander auf, die aus Verunreinigungsdiffusionsschichten einer P-Schicht und einer N-Schicht im Siliziumsubstratabschnitt 20a des Halbleiterchips 20 durch Halbleiterherstellungsverfahren ausgebildet werden.
Ein Siliziumoxidfilm 23 und ein Schutzfilm 24, der einen Siliziumnitridfilm oder Ähnliches aufweist, sind auf den Ausbildungsabschnitt der elektrischen Schaltung 22 im Siliziumsubstratabschnitt 20a des Halbleiterchips 20 geschichtet. Das heißt, dass die elektrische Schaltung 22 von dem Schutzfilm 24 im Halbleiterchip 20 beschichtet ist.
Kontaktlöcher sind im Siliziumoxidfilm 23 und im Schutzfilm 24 ausgebildet, um Kontaktflächen 25 freizulegen. Die Kontaktflächen 25 sind aus Aluminium oder Ähnlichem ausgebildet und als Elektroden ausgelegt, um eine externe Verbindung mit der elektrischen Schaltung 22 des Halbleiterchips 20 bereitzustellen.
Außerdem ist ein elektrisch leitender Film 26 mit einer elektrischen Leitfähigkeit als oberste Schicht des Halbleiterchips 20 auf der Oberfläche des Schutzfilmes 24, der auf der elektrischen Schaltung 22 geschichtet ist, ausgebildet. Der elektrisch leitende Film 26 ist auf Massepotential gesetzt.
Der elektrisch leitende Film 26 ist aus Aluminium ausgebildet. Wie es in 2A gezeigt ist, ist der elektrisch leitende Film 26 in einem Bereich der Oberflächenseite des Halbleiterchips 20 ausgebildet, der sich von denjenigen Bereichen unterscheidet, in denen die Siliziummembran 21 und die Anschlussflächen 25 ausgebildet sind.
Der Siliziumoxidfilm 23, der Schutzfilm 24, die Anschlussflächen 25 und der Aluminiumfilm 26 können z. B. wie in den 4A–4F gezeigt und später beschrieben ausgebildet werden. Außerdem sind in dem Halbleiterchip 20 der Siliziumoxidfilm 23 und der Schutzfilm 24 auch auf der Membran 21 ausgebildet.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Halbleiterchip 20 durch Anodenbonden oder Ähnlichem mit einer Aufnahme 27 integriert bzw. ausgebildet, die aus Glas oder Ähnlichem besteht, und die Aufnahme 27 ist an der Bodenoberfläche des Einschnittsabschnitts 11 des Verbinderbehälters 10 klebend befestigt. Dem entsprechend ist der Halbleiterchip 20 durch die Aufnahme 27 auf dem Verbinderbehälter 10 angebracht.
Mehrere stabförmige Metallanschlüsse 12 zur elektrischen Verbindung des Halbleiterchips 20 mit einer externen Schaltung oder Ähnlichem sind in dem Verbinderbehälter 10 vorgesehen.
Die Anschlüsse 12 dringen durch den Verbinderbehälter 10 und dienen als ein Ausgangsanschluss, ein Energiequellenanschluss, ein Masseanschluss und ein Einstellanschluss in Verbindung mit dem Schaltungsaufbau des Halbleiterchips 20. Vorzugsweise sind zumindest vier Anschlüsse 12 vorgesehen. In 1 sind jedoch nur zwei Anschlüsse 12a von diesen Anschlüssen 12 gezeigt. In 1 dient der Anschluss 12a an der linken Seite als Masseanschluss, während der Anschluss 12b an der rechten Seite als ein Einstellanschluss dient.
In dieser Ausführungsform sind diese Anschlüsse 12 aus einem Material ausgebildet, das durch eine Beschichtungsbehandlung (z. B. Ni-Beschichten bzw. -Plattieren) von Messing erzielt wird, und sie sind mit dem Verbinderbehälter 10 durch Einfügungsformen (insert mold) einstückig ausgebildet, wodurch die Anschlüsse 12 in dem Verbinderbehälter 10 gehalten werden.
Der Endabschnitt einer Endseite (die untere Endseite in 1) eines jeweiligen Anschlusses 12 ist so ange ordnet, dass er von der Bodenoberfläche des Einschnittsabschnitts 11 des Verbinderbehälters 10 zur Innenseite des Einschnittsabschnitts 11 um den Anbringungsbereich des Halbleiterchips 20 vorsteht.
Der Endabschnitt der anderen Endseite (die obere Endseite in 1) eines jeweiligen Anschlusses 12 ist zu einem Öffnungsabschnitt 15 an der anderen Endseite des Verbinderbehälters 10 hin freigelegt.
Der eine Endabschnitt eines jeweiligen Anschlusses 12, der in den Einschnittsabschnitt 11 des Verbinderbehälters 10 vorsteht, und der Halbleiterchip 20 sind durch einen Verbindungsdraht 13 aus Gold, Aluminium oder Ähnlichem elektrisch miteinander verbunden.
Hier ist der Anschluss 12a als Masseanschluss, der am Verbinderbehälter 10 vorgesehen ist, auf Massepotential gesetzt, und in 3 ist der Anschluss 12a schematisch gezeigt.
Wie es in 3 gezeigt ist, sind der Anschluss 12a, der als der Masseanschluss dient, und der Aluminiumfilm 26, der als der leitende Film dient, durch einen Verbindungsdraht 13 elektrisch miteinander verbunden. Dem entsprechend ist der Aluminiumfilm 26 auf Massepotential gesetzt.
Außerdem ist, wie es in 1 gezeigt ist, ein Abdichtmittel 14 aus einem Silikonharz oder Ähnlichem im Einschnittsabschnitt 11 des Verbinderbehälters 10 vorgesehen. Die Lücke zwischen dem Basisabschnitt des Anschlusses 12, der in den Einschnittsabschnitt 11 vorsteht, und dem Verbinderbehälter 10 ist durch das Abdichtmittel 14 abgedichtet bzw. gekapselt.
Außerdem ist in 1 der andere Endabschnitt (der Endabschnitt an der oberen Seite in 1) des Verbinderbehälters 10 als der Öffnungsabschnitt 15 ausgelegt, und der Öffnungsabschnitt 15 dient als ein Verbinderabschnitt zur elektrischen Verbindung der anderen Endseite des Anschlusses 12 mit einer externen Schaltung (ECU eines Fahrzeugs oder Ähnlichem) oder Ähnlichem durch ein externes Drahtelement (nicht gezeigt) wie z. B. einem Kabelbaum oder Ähnlichem.
Das heißt, dass die andere Endseite eines jeweiligen Anschlusses 12, die in dem Öffnungsabschnitt 15 freigelegt ist, durch den Verbinderabschnitt elektrisch mit dem Äußeren verbunden werden kann. Dem entsprechend wird eine Signalübertragung zwischen dem Halbleiterchip 20 und dem Äußeren durch den Verbindungsdraht 13 und den Anschluss 12 durchgeführt.
Der Anschluss 12b, der als der Einstellanschluss dient, ist ein Anschluss zur Einstellung von Sensorcharakteristika zum Zeitpunkt der Herstellung. Daher wird dessen Vorstehungslänge im Öffnungsabschnitt 15 kürzer als diejenige des anderen Anschlusses 12a eingestellt. Der Anschluss 12b ist so ausgelegt, dass er nicht mit dem Äußeren verbunden ist, wenn der Sensor verwendet wird.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist ein Gehäuse 30 an einem Endabschnitt des Verbinderbehälters 10 angebracht bzw. angebaut. Das Gehäuse 30 ist aus einem Metallmaterial wie z. B. rostfreiem Stahl (SUS) oder Ähnlichem ausgebildet und besitzt ein Druckeinführungsloch 31, durch das der zu messende Druck von einem Messzielobjekt eingeleitet wird, und einen Schraubenabschnitt 32 zur Fixierung bzw. Befestigung eines Drucksensors S1 am Messzielobjekt. Wie es oben beschrieben ist, kann ein Kühlrohr einer Klimaanlage für ein Fahrzeug oder Ähnliches als ein Mess zielobjekt verwendet werden, und der Druck, der gemessen wird, kann ein Kühldruck in dem Kühlrohr oder Ähnlichem sein.
Außerdem sind die Metallmembran 34 aus dünnem Metall (z. B. SUS oder Ähnlichem) und ein Druckelement (Schweißring) (ring weld) 35 aus Metall (z. B. SUS oder Ähnlichem) am Gesamtumfang des Gehäuses 30 angeschweißt und luftdicht mit einem Ende des Druckeinleitungsloches 31 verbunden. Dem entsprechend wird der zu messende Druck, der von dem Druckeinleitungsloch 31 eingeführt bzw. eingeleitet wird, von der Metallmembran 34 aufgenommen.
Der Endabschnitt des Gehäuses 30 ist mit einem Endabschnitt des Verbinderbehälters 10 verstemmt, um dadurch einen Verstemmabschnitt 36 auszubilden, und somit sind das Gehäuse 30 und der Verbinderbehälter 10 aneinander befestigt und miteinander integriert.
In dem somit hergestellten Verbinderbehälter 10 und dem Gehäuse 30 ist die Druckerfassungskammer 40 zwischen dem Einschnittsabschnitt 11 des Verbinderbehälters 10 und der Metallmembran 34 des Gehäuses 30 aufgebaut.
Außerdem ist Öl 41, das eine Druckübertragungsflüssigkeit mit einer elektrischen Isolierfähigkeit aufweist, kapselnd bzw. abdichtend in die Druckerfassungskammer 40 eingefüllt. Es wird z. B. fluorbasiertes Öl oder Ähnliches als das Öl 41 verwendet.
Das Öl 41 ist in den Einschnittsabschnitt 11 des Verbinderbehälters 10 so eingefüllt, so dass es den elektrischen Verbindungsabschnitt des Halbleiterchips 20, den Verbindungsdraht 13 etc. bedeckt, und außerdem ist das Öl 41 durch die Metallmembran 34 bedeckt und abgedichtet.
Durch den Aufbau der Druckerfassungskammer 40 wie oben beschrieben, wird der Druck, der von dem Druckeinleitungsloch 31 eingeleitet wird, durch die Metallmembran 34 und das Öl 41 auf den Halbleiterchip 20 in der Druckerfassungskammer 40 ausgeübt.
Eine ringförmige Nut (O-Ring-Nut) 42 ist an dem äußeren Umfangsabschnitt der Druckerfassungskammer 40 ausgebildet, und ein O-Ring 43 ist in der Nut 42 angeordnet. Dem entsprechend ist die Druckerfassungskammer 40 durch den O-Ring 43 luftdicht versiegelt.
Der O-Ring 43 ist aus einem elastischen Material wie z. B. einem Silikongummi oder Ähnlichem ausgebildet und zwischen den Verbinderbehälter 10 und das Druckelement 35 geschichtet und gedrückt. Die Druckerfassungskammer 40 ist durch die Membran 34 und den O-Ring 43 abgedichtet bzw. gekapselt und verschlossen.
(Herstellungsverfahren etc.)
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Drucksensors S1, der in den 2A, 2B und 3 gezeigt ist, mit Bezug auf die 4A–4F beschrieben. Der Halbleiterchip 20 kann gemäß einem Verfahren zur Durchführung des Herstellungsprozesses auf einem Wafer und anschließendem Unterteilen des Wafers in Chips oder einem Verfahren hergestellt werden, das den Herstellungsprozess auf jedem Chip vom Anfang bis zum Ende durchführt.
In den 4A–4F sind der Siliziumsubstratabschnitt 20a, der Schutzfilm 24 und der Aluminiumfilm 26 gezeigt, und der interne Aufbau des Siliziumsubstratabschnitts 20a wie z. B. die elektrische Schaltung 22 etc. und der Siliziumoxidfilm 23 sind weggelassen.
Zunächst werden, wie es in 4A gezeigt ist, die Brückenschaltung und die elektrische Schaltung 22 in dem Siliziumsubstratabschnitt 20a ausgebildet, und der Siliziumoxidfilm, der Schutzfilm 24 und die Anschlussflächen 25 werden darauf ausgebildet, um dadurch ein Substrat 100 vorzubereiten. Hier ist die Siliziummembran 21 noch nicht auf dem Substrat 100 ausgebildet.
Das oben beschriebene Substrat 100 kann unter Verwendung bekannter Halbleiterherstellungstechniken wie z. B. einer Ionenimplantation oder einer Diffusion, das Filmausbildungsverfahren wie z. B. Sputtern, Beschichtung oder Ähnlichem, das Photolithographieverfahren oder das Bemusterungsverfahren wie z. B. Ätzen, Maskenausbildung oder Ähnlichem hergestellt werden.
Anschließend werden, wie es in 4B gezeigt ist, erste Maskierungselemente 200 selektiv auf den Anschlussflächen 25 angeordnet. Die Anordnung der ersten Maskierungselemente 200 wird unter Verwendung eines Widerstandsmaterials oder Ähnlichem entsprechend dem Photolithographieverfahren durchgeführt.
Anschließend wird, wie es in 4C gezeigt ist, ein Aluminiumfilm 26 auf dem Schutzfilm 24 und das Maskierungselement 200 auf dem Substrat 100 durch das Abscheidungsverfahren oder Ähnlichem ausgebildet.
Anschließend wird, wie es in 4D gezeigt ist, ein zweites Maskierungselement 210 auf dem Aluminiumfilm 26 ausgebildet. Das zweite Maskierungselement 210 wird so ausgebildet, dass es nicht auf den Anschlussflächen 25 und auf der Seite, die als die Siliziummembran 21 dient, ausgebildet wird.
Anschließend wird, wie es in 4E gezeigt ist, ein Ätzverfahren oder Ähnliches unter Verwendung des zweiten Maskierungselementes 210 als eine Maske durchgeführt, um eine Bemusterung auf dem Aluminiumfilm 26, der auf den Anschlussflächen 25 angeordnet ist, und der Seite, die als die Siliziummembran 21 dient, durchzuführen.
Wie es in 4F gezeigt ist, werden das erste Maskierungselement 200 und das zweite Maskierungselement 210 entfernt. Danach wird in dem Zustand, in dem die Oberflächenseite des Substrats 100 maskiert ist, die hintere Seite des Siliziumsubstratabschnitts 20a des Substrats 100 geätzt oder Ähnliches, um die Siliziummembran 21 auszubilden, wodurch der in den 2 und 3 gezeigte Halbleiterchip 20 vollendet wird.
Anschließend wird der Drucksensor S1 unter Verwendung des Halbleiterchips 20 hergestellt.
Zunächst wird der Verbinderbehälter 10, in dem die Anschlüsse 12 durch Einfügungsformen ausgebildet sind, vorbereitet. Der Halbleiterchip 20 wird durch die Aufnahme 27 an den Einschnittsabschnitt 11 des Verbinderbehälters 10 unter Verwendung eines Klebemittels aus einem Silikonharz oder Ähnlichem geklebt.
Das Abdichtmittel 14 wird in den Einschnittsabschnitt 11 des Verbinderbehälters gegossen und dringt zur Bodenfläche des Einschnittsabschnitts 11 durch. Hier wird die Einspritzmenge des Abdichtmittels 14 so eingestellt, dass das Abdichtmittel 14 nicht an der Oberfläche des Halbleiterchips 20 haftet.
Anschließend wird das somit gegossene Abdichtmittel 14 gehärtet. Der eine Endabschnitt eines jeweiligen Anschlusses 12 und der Halbleiterchip 20 werden durch einen Verbindungsdraht 13 elektrisch miteinander verbunden. Gleichzeitig werden der Aluminiumfilm 26, der der obersten Schicht des Halbleiterchips 20 entspricht, und der Anschluss 12a, der als der Masseanschluss dient, durch den Verbindungsdraht 13 elektrisch miteinander verbunden.
Der Verbinderbehälter 10 wird mit der Halbleiterchipseite 20 noch oben gerichtet angeordnet, und eine feste Menge Öl 41 aus Fluor-Öl oder Ähnlichem wird von der oberen Seite des Verbinderbehälters 10 in den Einschnittsabschnitt 11 des Verbinderbehälters 10 durch einen Verteiler bzw. Spender oder Ähnlichem gegossen.
Anschließend werden die Metallmembran 34 und das Druckelement 35 auf den gesamten Umfangsabschnitt geschweißt, und das Gehäuse 30, das luftdicht mit einem Ende des Druckeinleitungslochs 31 verbunden ist, wird vorbereitet und, während es in einer horizontalen Position gehalten wird, von der oberen Seite aus in Eingriff mit dem Verbinderbehälter 10 gebracht. Das Ergebnis wird in eine Vakuumkammer eingebracht, wobei der obige Zustand aufrechterhalten wird, und es wird eine Vakuumabsaugung durchgeführt, um extra Luft in der Druckerfassungskammer 40 zu entfernen. Danach werden der Verbinderbehälter 10 und das Druckelement 35 an der Gehäuseseite 30 gegeneinander gedrückt, bis sie ausreichend in Kontakt miteinander gebracht sind, wodurch die Druckerfassungskammer 40, die durch die Metallmembran 34 und den O-Ring 43 abgedichtet ist, ausgebildet wird.
Anschließend wird der Endabschnitt des Gehäuses 30 mit der einen Endseite des Verbinderbehälters 10 verstemmt, um einen Verstemmabschnitt 36 auszubilden. Durch Integrieren des Gehäuses 30 und des Verbinderbehälters 10 wie oben beschrieben werden der Zusammenbau und die Befestigung des Verbinderbehälters 10 und des Gehäuses 30 aneinander durch den Verstemmabschnitt 36 durchgeführt, wodurch der Drucksensor S1 vollendet wird.
Der grundlegende Druckerfassungsbetrieb des Drucksensors S1 wird im Folgenden beschrieben.
In einer beispielhaften Betriebsumgebung ist der Drucksensor S1 an einer geeigneten Stelle eines Kühlrohrsystems einer Klimaanlage für ein Fahrzeug durch einen Schraubenabschnitt 32 des Gehäuses 30 befestigt. Ein zu messender Druck (Messdruck) wird in den Drucksensor S1 durch das Druckeinleitungsloch 31 des Gehäuses 30 eingeleitet.
Gleichzeitig wird der somit eingeleitete Messdruck von der Metallmembran 34 aufgenommen und von der Metallmembran 34 zum Halbleiterchip 20 durch das Öl 41 in der Druckerfassungskammer 40 übertragen. Dem entsprechend wird der Messdruck auf die Oberfläche des Halbleiterchips 20 ausgeübt. Genauer gesagt wird der Messdruck auf die Druckaufnahmeoberfläche des Halbleiterchips 20 ausgeübt, so dass die Siliziummembran 21 verzerrt bzw. verzogen wird.
Ein elektrisches Signal, das dem ausgeübten Druck entspricht, wird von der Brückenschaltung auf der Siliziummembran 21 ausgegeben, einer Signalverarbeitung in der elektrischen Schaltung 22 des Halbleiterchips 20 unterzogen und als ein Sensorsignal von dem Halbleiterchip 20 ausgegeben.
Das Sensorsignal wird von dem Halbleiterchip 20 durch den Verbindungsdraht 13 und die Anschlüsse 12 an die externe Schaltung oder Ähnlichem übertragen, wodurch der Kühldruck des Kühlrohrs erfasst wird. Wie es oben be schrieben ist, wird die Druckerfassung des Drucksensors S1 durchgeführt.
(Wirkungen etc.)
Gemäß dieser Ausführungsform wird der unten beschriebene Drucksensor mit gekapselter Membran S1 bereitgestellt.
Zunächst wird als Basisaufbau die Druckerfassungskammer 40 abschnittsweise durch die Metallmembran 34 zur Aufnahme des Messdruckes und den Verbinderbehälter 10 ausgebildet.
Außerdem wird der Halbleiterchip 20, der die Siliziummembran 21, die als der druckempfindliche Abschnitt dient, aufweist, in der Druckerfassungskammer 40 vorgesehen, und außerdem wird Öl 41, das als die elektrisch isolierende Druckübertragungsflüssigkeit zur Übertragung des Messdruckes, der von der Metallmembran 34 aufgenommen wird, zum Halbleiterchip 20 gekapselt in die Druckerfassungskammer 40 eingeführt.
Außerdem wird die elektrische Schaltung 22 für die Signalverarbeitung um die Membran 21 an der Oberflächenseite des Halbleiterchips 20 vorgesehen, und außerdem wird die elektrische Schaltung 22 durch den Schutzfilm 24 bedeckt.
In dieser Ausführungsform wird der elektrische Leitungsfilm 26 mit einer elektrischen Leitfähigkeit, der die oberste Schicht des Halbleiterchips 20 bildet, in dem Drucksensor S1 mit dem obigen Aufbau auf der Oberfläche der Schutzschicht 24, die auf der elektrischen Schaltung 22 geschichtet ist, ausgebildet, und der elektrisch leitende Film 26 wird auf Massepotential gesetzt.
Gemäß dieser Ausführungsform können sogar dann, wenn das Öl 41 als Druckübertragungsflüssigkeit durch eine statische Elektrizität polarisiert wird und die Oberfläche des Halbleiterchips 20 elektrifiziert wird, die Ladungen 900, die auf Grund der Elektrifizierung auftreten, durch den Aluminiumfilm 26 entfernt werden, da der elektrisch leitende Film auf Massepotential gesetzt ist, wie es in 3 gezeigt ist.
Insbesondere ist in dieser Ausführungsform der Aluminiumfilm 26 elektrisch mit dem Anschluss 12a als Masseanschluss durch den Verbindungsdraht 13 verbunden, und somit entladen sich die Ladungen 900, die auf Grund der Elektrifizierung auftreten, von dem Aluminiumfilm 26 durch den Verbindungsdraht 13 zum Anschluss 12a.
Dem entsprechend ist der Halbleiterchip 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, der den druckempfindlichen Abschnitt 21 und die elektrische Schaltung 22 aufweist, in der Druckerfassungskammer 40 untergebracht, die abschnittsweise durch die Membran 34 und den Behälter 10 ausgebildet wird. Außerdem kann sogar dann, wenn die Oberfläche des Halbleiterchips 20 durch eine statische Elektrizität in dem Drucksensor mit gekapselter Membran, bei dem die elektrisch isolierende Druckübertragungsflüssigkeit 41 gekapselt ist, elektrifiziert wird, die Fehlfunktion der elektrischen Schaltung 22 des Halbleiterchips 20 verhindert werden.
5 ist ein Querschnitt des Ausbildungsabschnitts der elektrischen Schaltung 22 des Halbleiterchips 20 eines Drucksensors gemäß dem Stand der Technik. In diesem Fall ist der Aluminiumfilm 26 nicht ausgebildet, worin sich der Stand der Technik von der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet.
Sogar im Fall des Halbleiterchips 20 gemäß dem Stand der Technik der 5 wird die Druckübertragungsflüssigkeit in einer elektrostatischen Umgebung polarisiert, und die Oberflächenseite des Halbleiterchips 20, d. h. der Schutzfilm 24 wird elektrifiziert. Gleichzeitig gelangen die Ladungen 900, die auf Grund der Elektrifizierung auftreten, von der Oberflächenseite des Halbleiterchips 20 durch die Anschlussflächen 25 und dringen in das Schaltungselement wie z. B. das Transistorelement oder Ähnliches, das die elektrische Schaltung 22 bildet, ein.
Daher tritt in den Drucksensor gemäß dem Stand der Technik eine Fehlfunktion der elektrischen Schaltung 22 in dem Halbleiterchip 20 auf, und dadurch wird eine Veränderung der Sensorcharakteristik bewirkt. Anderseits vermeidet die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung ein derartiges Problem.
In dem Drucksensor gemäß dem Stand der Technik ist eine Anschlussfläche, die mit einem Masseanschluss verbunden ist, in den Anschlussflächen 25 des Halbleiterchips 20 vorhanden. Es ist deshalb schwierig, die Elektrifizierung, die auf der gesamten Oberfläche des Halbleiterchips 20 auftritt, durch eine Anschlussfläche mit einem kleinen Bereich zu entfernen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist es durch Ausbilden des elektrisch leitenden Films 26 aus Aluminium möglich, einen elektrisch leitenden Film 26 unter Verwendung einer normalen Halbleiterherstellungstechnik sauber auszubilden.
Außerdem wird in dieser Ausführungsform der Aluminiumfilm 26 als der elektrisch leitende Film unter Verwendung des Masseanschlusses 12a, der ursprünglich am Behäl ter 10 des Drucksensors dieses Typs vorgesehen ist, auf Massepotential gesetzt, so dass der Aufbau vereinfacht werden kann.
(Andere Ausführungsformen)
In der obigen Ausführungsform ist der elektrisch leitende Film 26 durch den Verbindungsdraht 13 elektrisch mit dem Anschluss 12a als Masseanschluss verbunden. Der elektrisch leitende Film 26 und der Anschluss 12a können jedoch auch durch Löten, ein elektrisch leitendes Klebemittel oder andere Verbindungselemente an Stelle des Drahtes miteinander verbunden sein.
Der elektrisch leitende Film 26 kann durch Verwendung eines Verfahrens auf Masse gesetzt werden, das sich von dem Verfahren der Verbindung des elektrisch leitenden Films 26 mit dem Anschluss 12a als Masseanschluss unterscheidet. Zum Beispiel kann eine Seite, die auf Massepotential zu setzen ist, mit Ausnahme der Anschlüsse, am Drucksensor vorgesehen sein, so dass der elektrisch leitende Film 26 zur Seite geleitet wird.
Ein anderer Film als der Aluminiumfilm kann als der elektrisch leitende Film 26 verwendet werden, insoweit wie er eine elektrische Leitfähigkeit besitzt.
Außerdem kann irgendein anderes Öl als das Fluor-Öl als das Öl (Druckübertragungsflüssigkeit) geeignet verwendet werden, insoweit wie es eine elektrische Isolierfähigkeit besitzt.
Außerdem ist die Druckübertragungsflüssigkeit nicht auf Öl begrenzt, sondern es kann irgendein Material verwendet werden, insoweit es flüssig ist und eine elektrische Isolierfähigkeit besitzt und der von der Membran 34 aufgenommene Messdruck geeignet zum Halbleiterchip 20 übertragen werden kann.
Die Membran und der Behälter, die abschnittsweise die Druckerfassungskammer 40 ausbilden, sind jeweils nicht auf die Metallmembran und den Verbinderbehälter begrenzt, und das Material und deren Gestalt kann geeignet modifiziert werden.
Kurz gesagt ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in dem Drucksensor mit gekapselter Membran, in dem der Halbleiterchip 20 mit dem druckempfindlichen Abschnitt 21 und der elektrischen Schaltung 22 in der Druckerfassungskammer 40 untergebracht ist, abschnittsweise durch die Membran 34 und den Behälter 10 ausgebildet, und die elektrisch isolierende Druckübertragungsflüssigkeit 41 ist gekapselt in die Druckerfassungskammer eingefüllt, der elektrisch leitende Film 26, der eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, ist als die oberste Schicht des Halbleiterchips auf die Oberfläche des Schutzfilmes 24, der auf die elektrische Schaltung 22 des Halbleiterchips 20 geschichtet ist, ausgebildet, und der elektrisch leitende Film 26 ist auf Massepotential gesetzt.
Die anderen Abschnitte sind nicht auf diejenigen der obigen Ausführungsform begrenzt, und es können verschiedene Designmodifikationen durchgeführt werden.

Claims

Drucksensor (S1), der eine Druckerfassungskammer (40) aufweist, die abschnittsweise durch eine Membran (34) zur Aufnahme eines zu messenden Druckes und einen Behälter (10) ausgebildet ist, wobei ein Halbleiterchip (20), der einen druckempfindlichen Abschnitt (21) aufweist, in der Druckerfassungskammer (40) angeordnet ist, eine elektrisch isolierende Druckübertragungsflüssigkeit (41) zur Übertragung des zu messenden Druckes, der von der Membran (34) aufgenommen wird, zum Halbleiterchip (20) gekapselt in die Druckerfassungskammer (41) eingefüllt ist, eine elektrische Schaltung (22) zur Signalverarbeitung um den druckempfindlichen Abschnitt (21) an der Oberflächenseite des Halbleiterchips (20) angeordnet ist und die elektrische Schaltung (20) durch einen Schutzfilm (24) beschichtet ist, gekennzeichnet durch einen elektrisch leitenden Film (26), der auf Massepotential gesetzt ist und als die oberste Schicht des Halbleiterchips (20) auf der Oberfläche des Schutzfilmes (24), der die elektrische Schaltung (22) beschichtet, ausgebildet ist.
Drucksensor nach Anspruch 1, wobei der elektrisch leitende Film (26) aus einem Aluminiumfilm ausgebildet ist.
Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Behälter (10) einen Masseanschluss (12) enthält, der auf Massepotential gesetzt ist, und wobei der elektrisch leitende Film (26) elektrisch mit dem Masseanschluss (12) verbunden ist.
Drucksensor nach Anspruch 3, wobei der elektrisch leitende Film (26) durch einen Draht (13) elektrisch mit dem Masseanschluss (12) verbunden ist.
Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Druckübertragungsflüssigkeit (41) Öl ist.