DE102005025754A1 - Halbleitersensorbauteil mit einem Sensorchip und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleitersensorbauteil (1) mit einem Sensorchip (3) und Verfahren zur Herstellung desselben. Dabei weist das Halbleitersensorbauteil (1) ein Gehäuse auf, das seinerseits eine transparente Kunststoffmasse aufweist. Der Sensorchip (3) besitzt eine aktive Oberseite und eine Rückseite, wobei auf der aktiven Oberseite ein Sensorbereich angeordnet ist und außerhalb des Sensorbereichs Flipchip-Kontakte (9) auf der aktiven Oberseite vorhanden sind. Diese Flipchip-Kontakte (9) stehen elektrisch mit einer Schaltungsstruktur (10) in Verbindung, wobei die Schaltungsstruktur (10) den Sensorbereich frei zugänglich lässt. Der Sensorchip (3) mit dem Sensorbereich (8) sowie die Flipchip-Kontakte (9) und ein Teil der Schaltungsstruktur (10), der mit den Flipchip-Kontakten (9) elektrisch in Verbindung steht, sind in die transparente Kunststoffmasse (5) eingebettet, wobei die transparente Kunststoffmasse (5) ein gummielastisches Material aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Halbleitersensorbauteil mit einem Sensorchip und Verfahren zur Herstellung desselben. Das Halbleitersensorbauteil weist dazu ein Gehäuse auf, in dem der Sensorchip mit seiner aktiven Oberseite und einer Rückseite angeordnet ist, und mit einer Schaltungsstruktur des Gehäuses elektrisch in Verbindung steht.
  • Ein derartiges Sensorbauteil ist aus der Druckschrift DE 102 05 127 bekannt. Bei dem bekannten Sensorbauteil weist der Sensorchip Flipchip-Kontakte und einen Sensorbereich auf, wobei die Flipchip-Kontakte auf der aktiven Oberseite in einem Randbereich außerhalb des Sensorbereichs angeordnet sind, und der Sensorchip mit seinen Flipchip-Kontakten in einer nicht transparenten Kunststoffgehäusemasse eingebettet ist, wobei die Flipchip-Kontakte mit einer Verdrahtungsstruktur elektrisch in Verbindung stehen, die ihrerseits eine Öffnung aufweist, so dass der Sensorbereich frei zugänglich ist. Um diese Öffnung ist eine ringförmige Metallstruktur angeordnet, die den Sensorbereich umgibt und direkt auf der aktiven Oberseite des Sensorchips und auf der Schaltungsstruktur fixiert ist. Der Sensorchip ist mit seiner Rückseite, seinen Randseiten sowie den Bereichen, in denen die Flipchip-Kontakte auf der aktiven Oberseite angeordnet sind, in eine nicht transparente Kunststoffgehäusemasse eingebettet.
  • Ein derartiges Halbleitersensorbauteil hat den Nachteil, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der nicht transparenten Kunststoffgehäusemasse größer ist als der thermische Ausdeh nungskoeffizient des Sensorchips, so dass es bei thermischer Belastung zu erheblichen Verspannungen kommt. Darüber hinaus ist durch den metallischen Ring rund um den Sensorbereich der Sensorchip mechanisch mit der Schaltungsstruktur starr verbunden, so dass eine mechanische Entkopplung zwischen Sensorbereich und Schaltungsstruktur nicht vorhanden ist und somit Gehäusespannungen unmittelbar auf den empfindlichen Bereich der aktiven Oberseite des Sensorchips übertragen werden. Dieses führt zu einer großen Streubreite in der Sensorcharakteristik derartiger Halbleitersensorbauteile.
  • Es besteht jedoch Bedarf, die Streubreite in der Sensorcharakteristik der Sensorbauteile eines Fertigungsloses so gering wie möglich zu halten, um die Zuverlässigkeit der Sensorbauteile zu erhöhen.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleitersensorbauteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, bei dem eine größere Entkopplung zwischen Sensorbereich und Schaltungsstruktur möglich ist und das mit geringeren Fertigungskosten bei gleichzeitig verbesserter Zuverlässigkeit gefertigt werden kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Halbleitersensorbauteil mit einem Sensorchip und einem Gehäuse geschaffen. Dieses Gehäuse weist eine transparente Kunststoffmasse auf. Der Halbleiterchip besitzt eine aktive Oberseite und eine Rückseite, wobei die aktive Oberseite einen Sensorbereich zeigt. Außerhalb des Sensorbereichs sind auf der aktiven Oberseite des Halbleiter chips Flipchip-Kontakte angeordnet. Diese Flipchip-Kontakte stehen elektrisch mit einer Schaltungsstruktur in Verbindung. Dabei ist die Schaltungsstruktur derart angeordnet, dass sie den Sensorbereich frei zugänglich lässt. Der Halbleiterchip mit Sensorbereich sowie die Flipchip-Kontakte und der Teil der Schaltungsstruktur, der mit dem Flipchip-Kontakt elektrisch in Verbindung steht, sind in die transparente Kunststoffmasse eingebettet. Die transparente Kunststoffmasse weist ein gummielastisches Material auf.
  • Dieses Halbleitersensorbauteil hat den Vorteil, dass es einen relativ kompakten Aufbau aufweist, und eine weitgehende mechanische Entkopplung zwischen der Schaltungsstruktur und dem Sensorchip gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der Halbleiterchip, der Sensorbereich sowie die Flipchip-Kontakte und der Teil der Schaltungsstruktur, der mit den Flipchip-Kontakten elektrisch in Verbindung steht, relativ unproblematisch in eine transparente gummielastische Kunststoffmasse eingebettet werden können, um das Gehäuse zu bilden.
  • Um die Formstabilität des Gehäuses des Halbleitersensorbauteils zu verbessern, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die transparente Kunststoffmasse mindestens auf den Randseiten von einem Gehäuserahmen aus einer nicht transparenten Kunststoffgehäusemasse unter Freilassung des Sensorbereichs umgeben. Dieser nicht transparente Kunststoffrahmen ist von dem zentralen Sensorbereich des Sensorchips entsprechend weit entfernt und dient der Positionierung und Halterung der Schaltungsstruktur sowie der Begrenzung der transparenten Kunststoffmasse auf ihren Randseiten. Außerdem erleichtert die nicht transparente relativ starre Kunststoffgehäusemasse das Einbringen bzw. einbetten des Sensorchips mit Flipchip-Kontakten und Teilen der Schaltungsstruktur in die transparente Kunststoffmasse.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltungsstruktur Flachleiter auf, wobei Außenflachleiter aus dem Gehäuse herausragen und in Innenflachleiter, die in der transparenten Kunststoffmasse angeordnet sind, übergehen, wobei die Flipchip-Kontakte auf den Innenflachleitern fixiert sind und die transparente Kunststoffgehäusemasse die Innenflachleiter, die Flipchip-Kontakte, den Sensorbereich und den Sensorchip einbetten.
  • Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die Flachleiter als dünne Metallfolienstreifen ausgebildet werden können, so dass die auf ihnen fixierten Flipchip-Kontakte mit dem Sensorchip in der gummielastischen transparenten Kunststoffmasse frei beweglich sind und folglich eine mechanische Entkopplung gegenüber einem starren Gehäuserahmen aus nicht transparenter Kunststoffgehäusemasse ermöglicht wird. Dabei sind die Innenflachleiter derart strukturiert, dass sie von den Außenflachleitern kommend sich durch die transparente gummielastische Kunststoffgehäusemasse lediglich bis zu den Flipchip-Kontakten erstrecken, so dass der Sensorbereich für optische Wellen und für Druckwellen frei zugänglich bleibt. Dabei sorgt die Transparenz der transparenten Kunststoffmasse für eine optische Kopplung zwischen Sensorbereich und Umgebung und die gummielastischen Eigenschaften der Kunststoffgehäusemasse gewährleisten, dass Druckwellen den Sensorbereich erreichen und von dem Sensorbereich in entsprechende elektrische Signale umgesetzt werden können, die dann über die Flipchip-Kontakte und die relativ flexiblen folienartigen metallischen Innenflachleiter zu den stabilen Außenflachleitern übertragen werden können.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Schaltungsstruktur eine TAB-Folie (eine Folie für ein „Tape Automated Bonding") eingesetzt. Dazu weist die TAB-Folie eine Öffnung auf, welche in ihrer flächigen Erstreckung dem Sensorbereich des Sensorchips entspricht, so dass in vorteilhafter Weise der Zugriff auf den Sensorbereich für optische oder drucktechnische Messobjekte frei zugänglich bleibt. Dazu weist die Folie rund um die Öffnung Kontaktanschlussflächen auf, auf denen die Flipchip-Kontakte fixiert sind. Aufgrund der eigenen Nachgiebigkeit der TAB-Folie mit den darauf befindlichen Kontaktanschlussflächen und Leiterbahnen wird auch bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung eine mechanische Entkopplung zwischen elektrischen Zuleitungen und Sensorbereich über die Flipchip-Kontakte erreicht. Um die elektrischen Messsignale mit Hilfe der TAB-Folie auf die Außenseite des Halbleitersensorbauteils zu leiten, sind auf der Außenseite der Folie Außenkontaktflächen angeordnet, welche Außenkontakte des Halbleitersensorbauteils bilden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltungsstruktur ein Verdrahtungssubstrat auf, wobei das Verdrahtungssubstrat eine Öffnung aufweist, welche in ihrer flächigen Erstreckung dem Sensorbereich des Sensorchips entspricht. Ein derartiges Verdrahtungssubstrat weist nicht die Nachgiebigkeit einer TAB-Folie auf, jedoch kann in bestimmten Anwendungsfällen ein starres Verdrahtungssubstrat von Vorteil sein, um beispielsweise bei Druckmessungen ein Bezugsniveau bzw. eine Bezugsfläche als Bezugsniveau aufrecht zu erhalten, so das der Sensorchip Vibrationsschwingungen mindestens im Sensorbereich ausführen kann. Auch im Falle des Verdrahtungssubstrats sind in vorteilhafter Weise im Randbereich der Öff nung Kontaktanschlussflächen angeordnet, auf denen die Flipchip-Kontakte fixiert sind.
  • Im Falle der TAB-Folie und des Verdrahtungssubstrats als Kopplungselemente zwischen den Flipchip-Kontakten und Außenkontakten sind auf der jeweiligen Unterseite der TAB-Folie auf entsprechenden Außenkontaktflächen bzw. auf der Unterseite des Verdrahtungssubstrats Außenkontaktflächen angeordnet, auf denen Außenkontakte des Halbleitersensorbauteils fixiert sind. Derartige Außenkontakte können vorzugsweise oberflächenmontierbare Lotkugeln sein. Derartige oberflächenmontierbare Lotkugeln haben den Vorteil, dass die Montagefläche auf einer übergeordneten Schaltungsplatine nicht größer sein muss als die Außenmaße des Halbleitersensorbauteils, zumal die gesamte Unterseite des Halbleitersensorbauteils mit derartigen Lotkugeln bis auf die frei zu haltende Öffnung in Richtung auf den Sensorbereich bestückt sein kann. Darüber hinaus kann die Unterseite der Verdrahtungsstruktur eine strukturierte Lötstopplackschicht unter Freilassung von Außenkontaktflächen aufweisen, wobei die strukturierte Lötstopplackschicht dafür sorgt, dass bei der Oberflächenmontage die Leiterbahnen zu den Kontaktanschlussflächen im Inneren des Halbleitersensorbauteils nicht benetzt werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitersensorbauteilen der ersten Ausführungsform der Erfindung weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.
  • Zunächst wird ein Halbleiterwafer mit einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Sensorchippositionen hergestellt, wobei die aktiven Oberseiten in den Sensorchippositionen Sensorbereiche und Kontaktflächen aufweisen und wobei die Rückseiten gegenüber liegend von diesen aktiven Obersei ten auf der Halbleiterwaferrückseite angeordnet sind. Noch auf dem Waferlevel können Flipchip-Kontakte außerhalb des Sensorbereichs auf die aktiven Oberseiten der Halbleiterchips in den Sensorchippositionen angebracht werden. Anschließend wird der Halbleiterwafer in Sensorchips mit Flipchip-Kontakten getrennt.
  • Unabhängig von der Herstellung eines Halbleiterwafers wird für die erste Ausführungsform der Erfindung ein Flachleiterrahmen als Schaltungsstruktur mit mehreren Halbleiterbauteilpositionen vorbereitet. Auf diesen Flachleiterrahmen werden in den einzelnen Halbleiterbauteilpositionen Gehäuserahmen aus einer nicht transparenten Kunststoffgehäusemasse aufgebracht, wobei die Seitenwände eines Gehäuserahmens für ein Halbleitersensorbauteilgehäuse mit Innenflachleitern, die in den Gehäuserahmen hineinragen und Außenflachleiter, die aus dem Gehäuserahmen herausragen, ausgebildet werden. Anschließend wird der Flachleiterrahmen mit einer Mehrzahl von Halbleiterbauteilpositionen mit Sensorchips innerhalb der Gehäuserahmen unter Fixieren der Flipchip-Kontakte auf den Innenflachleitern des Flachleiterrahmens und unter Freilassen der Sensorbereiche bestückt.
  • Anschließend werden die Sensorchips mit den Sensorbereichen sowie die Flipchip-Kontakte und die Innenflachleiter in eine transparente Kunststoffmasse innerhalb des Gehäuserahmens eingebettet. Abschließend kann dann der Flachleiterrahmen in einzelne Halbleitersensorbauteile aufgetrennt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass in einfacher Weise mit Standdardverfahrensschritten, jedoch mit unterschiedlicher Ausbreitung der transparenten Kunststoffgehäusemasse innerhalb des starren Rahmens aus nicht transparenter Kunststoffgehäusemasse ein Halbleitersensorbauteil bzw. eine Mehrzahl von Halbleitersensorbauteilen entsteht, deren Sensorbereiche und Sensorchips mechanisch von dem starren Gehäuserahmen entkoppelt sind, wobei die Innenflachleiter einen folienartigen Querschnitt aufweisen, um diese mechanische Entkopplung zu gewährleisten.
  • Das Auftrennen des Flachleiterrahmens wird vorzugsweise mittels Stanzen durchgeführt, was eine bewährte Technologie ist, um den Flachleiterrahmen zu vereinzeln.
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensorbauteils gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung werden zunächst die Sensorchips mit Flipchip-Kontakten und Sensorbereichen genauso aus einem Halbleiterwafer hergestellt wie bei der Herstellung von Halbleitersensorbauteilen der ersten Ausführungsform der Erfindung. Anstelle eines Flachleiterrahmens wird jedoch in diesem Fall eine TAB-Folie mit mehreren Halbleiterbauteilpositionen als Schaltungsstruktur vorbereitet, wobei die TAB-Folie Öffnungen in den Halbleiterbauteilpositionen aufweist, die in ihrer flächigen Erstreckung den Sensorbereichen der Sensorchips entsprechen.
  • Derartige Öffnungen sind in herkömmlichen TAB-Folien nicht üblich, können aber mit einem einfachen Stanz- oder Schneidprozess in eine herkömmliche TAB-Folie eingebracht werden. Das Bestücken der Oberseite der TAB-Folie mit Sensorchips unter Fixieren der Flipchip-Kontakte auf Kontaktanschlussflächen der Oberseite der TAB-Folie im Bereich der Öffnungen kann vorzugsweise mit einem Bestückungsautomaten durchgeführt werden. Anschließend werden der Sensorchip mit dem Sensorbereich und die Flipchip-Kontakte sowie der Teil der TAB-Folie im Bereich der Öffnungen in eine transparente Kunststoffmasse eingebettet. Anschließend können auf die Rückseiten bzw. Un terseiten der TAB-Folie Außenkontakte auf entsprechenden Außenkontakten der TAB-Folie aufgebracht werden. Schließlich wird die TAB-Folie in einzelne Halbleitersensorbauteile aufgeteilt. Mit diesem Verfahren steht ein Halbleitersensorbauteil zur Verfügung, das die bisher günstigste mechanische Entkopplung zwischen Sensorchip und Sensorgehäuse ermöglicht.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitersensorbauteilen gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.
  • Zur Herstellung der Sensorchips selbst werden die gleichen Verfahrensschritte wie in den beiden vorherigen Verfahren durchgeführt, während die Vorbereitung eines Verdrahtungssubstrats mit mehreren Halbleiterbauteilpositionen als Schal- tungsstruktur sich von den bisherigen Verfahrensschritten unterscheidet. In das Verdrahtungssubstrat werden nämlich Öffnungen, die konventionell nicht üblich sind, in den Halbleiterbauteilpositionen eingebracht, wobei die flächige Erstreckung der Öffnungen den Sensorbereichen der Sensorchips mindestens entspricht. Anschließend wird die Oberseite des Verdrahtungssubstrats mit den Sensorchips unter Fixieren der Flipchip-Kontakte auf entsprechende Kontaktanschlussflächen der Oberseite des Verdrahtungssubstrats im Bereich der Öffnungen fixiert.
  • Anschließend werden die Sensorchips mit Sensorbereich und die Flipchip-Kontakte sowie das Verdrahtungssubstrat im Bereich der Öffnungen in eine transparente Kunststoffgehäusemasse eingebettet. Danach können Außenkontakte auf Außenkontaktflächen der Unterseite des Verdrahtungssubstrats aufgebracht werden, bevor schließlich das Verdrahtungssubstrat in einzelne Halbleitersensorbauteile aufgetrennt wird.
  • Auch in dieser Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, das Bestücken mit Sensorchips in Halbleiterbauteilpositionen mittels eines Bestückungsautomaten durchzuführen, wobei die Sensorchips mit ihren aktiven Oberseiten und Flipchip-Kontakten auf der Schaltungsstruktur mittels Löten fixiert werden. Dazu weist das Verdrahtungssubstrat auf seiner Oberseite eine Lötstopplackschicht auf, die lediglich die Kontaktanschlussflächen freilässt und verhindert, dass entsprechende Leiterbahnen der Verdrahtungsstruktur des Verdrahtungssubstrats mit Material der Flipchip-Kontakte benetzt werden.
  • Das Einbetten der Sensorchips in eine transparente Kunststoffmasse kann in vorteilhafter Weise mittels Dispenstechnik erfolgen. Das Aufbringen eines Gehäuserahmens aus einer nicht transparenten relativ starren Kunststoffgehäusemasse unter Ausbildung von Seitenwänden auf die transparente Kunststoffgehäusemasse kann in vorteilhafter Weise mittels Spritzgusstechnik für eine Vielzahl von Halbleitersensorbauteilen auf dem Verdrahtungssubstrat erfolgen. Das Aufbringen einer Verdrahtungsstruktur auf die Oberseite der TAB-Folie bzw. auf die Oberseite des Verdrahtungssubstrats kann durch Aufbringen einer geschlossenen Metallbeschichtung mit anschließender Strukturierung mittels Photolithographie und Ätztechnik erfolgen.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Herstellung des neuartigen Sensor-Packages zur Aufbringung von Flipchip-Kontakten vielfältige Möglichkeiten einer flexiblen Verbindung zwischen Halbleitersensorchip und Gehäuse ermöglicht. Dabei können anisotrop leitende Klebstofffolien sowie TAB-Folien für kostengünstige Montagekonzepte eingesetzt werden.
  • Die Abdeckhöhe über der Sensorfläche kann leichter kontrolliert werden, so dass ein engeres Fenster für die Sensoreigenschaften möglich ist. Außerdem ist ein flacheres Gehäuse möglich, da keine Bonddrähte zum Verbinden der Sensorchips mit der Schaltungsstruktur erforderlich sind. Somit werden mit dieser Erfindung die Möglichkeiten hinsichtlich Montage und verringerter Streuung der Sensorempfindlichkeiten deutlich verbessert.
    •
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitersensorbauteil einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 zeigt eine schematischen Längsschnitt entlang der Schnittlinie A-A der 1 durch das Halbleitersensorbauteil der 1;
  • 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitersensorbauteil einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt entlang der Schnittlinie B-B der 3 durch das Halbleitersensorbauteil der 3;
  • 5 zeigt eine schematische Untersicht auf das Halbleitersensorbauteil gemäß 3.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitlersensorbauteil 1 einer ersten Ausführungsform der Erfin dung. Das Halbleitersensorbauteil 1 weist einen Sensorchip 3 mit einer Rückseite 7 und einer aktiven Oberseite 6 auf, wobei auf der aktiven Oberseite 6 ein Sensorbereich 8 angeordnet ist und im Randbereich der aktiven Oberseite 6 Kontaktflächen 27 vorhanden sind. Auf den Kontaktflächen 27 der aktiven Oberseite 6 des Halbleiterchips 3 sind Flipchip-Kontakte 9 fixiert, über die der Halbleiterchip 3 bzw. die aktive Oberseite 6 des Halbleiterchips 3 mit einer Schaltungsstruktur 10 aus Flachleitern 15 in Verbindung steht. Diese Schaltungsstruktur 10 aus Flachleitern 15 weist dünne, flexible Innenflachleiter 17 und verstärkte Außenflachleiter 16 auf, die gleichzeitig die Außenanschlüsse für das Halbleitersensorbauteil 1 darstellen. Die Flachleiter 15 der Schaltungsstruktur 10 werden von einem steifen Gehäuserahmen 13 aus einer nicht transparenten Kunststoffgehäusemasse 14 in Position gehalten.
  • Im Inneren des Gehäuserahmens 13 weist das Halbleitersensorbauteil eine transparente gummielastische Kunststoffmasse 5 als Gehäuse 4 des Halbleitersensorbauteils 1 auf, wobei die Innenflachleiter 17 und der gesamte Sensorchip 3 mit seiner Rückseite 7, seinen Randseiten 29 und 30 sowie mit seiner aktiven Oberseite 6, dem zentralen Sensorbereich 8 und den Randbereichen sowie den darauf angeordneten Flipchip-Kontakten 9 in der transparenten, gummielastischen Kunststoffmasse 5 eingebettet sind. Diese Einbettung des gesamten Sensorchips 3 in eine gummielastische transparente Kunststoffmasse 5 hat den Vorteil, dass eine mechanische Entkopplung von den Außenflachleitern 16 und dem steifen Gehäuserahmen 13 möglich ist. Die transparente gummielastische Kunststoffmasse grenzt mit ihren Randseiten 11 und 12 an den steifen Gehäuserahmen 13. Der Sensorbereich 8, der von den Innenflachleitern 17 freigehalten ist, kann somit sowohl optische als auch mechanische Wellen detektieren und über die Flipchip-Kontakte 9 und die Innenflachleiter 17 als Messsignale auf die Außenflachleiter 16 übertragen.
  • 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt entlang der Schnittlinie A-A der 1 durch das Halbleitersensorbauteil 1. In diesem Längsschnitt ist zu sehen, dass der Sensorchip 3 völlig frei schwingend in der gummielastischen transparenten Kunststoffmasse 5 mit seinen Randseiten 29 bis 32 eingebettet ist und vollständig von dieser gummielastischen transparenten Kunststoffmasse 5 umgeben ist. Die Innenflachleiter 17 werden durch gestrichelte Linien gezeigt und sind entsprechend als dünne Folienstreifen ausgebildet, um eine mechanische Entkopplung zwischen dem steifen Gehäuserahmen 13 und den in 2 nicht sichtbaren Flipchip-Kontakten zu gewährleisten.
  • 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleitersensorbauteil 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponente mit gleichen Funktionen wie in den 1 und 2 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
  • In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Schaltungsstruktur 10 durch ein Verdrahtungssubstrat 23 und/oder durch eine TAB-Folie realisiert. Im Falle des Verdrahtungssubstrats 23 ist die Flexibilität gegenüber dem Sensorchip 3 geringer als in der ersten Ausführungsform der Erfindung. Wird jedoch das Verdrahtungssubstrat 23 durch eine TAB-Folie ersetzt, werden mechanisch äußerst nachgiebige Verbindungen zu den Außenanschlüssen des Halbleitersensorbauteils 2 erreicht.
  • Im Falle des Verdrahtungssubstrats 23 ist auf der Oberseite 24 des Verdrahtungssubstrats 23 eine Verdrahtungsstruktur 33, wie es 3 zeigt, angeordnet. Diese Verdrahtungsstruktur 33 weist Kontaktanschlussflächen 19 auf, die über Leiterbahnen 34 mit Durchkontakten 35 durch das Verdrahtungssubstrat 23 verbunden sind, wobei auf der Unterseite 20 des Verdrahtungssubstrats 23 Außenkontaktflächen 21 angeordnet sind, die in dieser Ausführungsform der Erfindung Außenkontakte 22 in Form von Lotkugeln 25 tragen. Die Außenkontakte 21 werden durch eine umgebende Lötstopplackschicht 26 auf der Unterseite 20 des Verdrahtungssubstrats 23 lokal begrenzt. Gegenüber liegend zum Sensorbereich 8 des Halbleiterchip 3 ist in dem Verdrahtungssubstrat 23 eine Öffnung 18 vorgesehen, deren flächige Erstreckung der flächigen Erstreckung des Sensorbereichs 8 entspricht, so dass aufgrund der Transparenz der gummielastischen und transparenten Kunststoffmasse 5 des Gehäuses 4 optische Wellen den Sensorbereich 8 erreichen können.
  • 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt entlang der Schnittlinie B-B der 3 durch das Halbleitersensorbauteil 2. Auch in diesem Fall ist der Sensorchip 3 vollständig von transparenter und gummielastischer Kunststoffmasse 5 umgeben, wobei ein starrer Gehäuserahmen 13 für die seitliche Begrenzung dieser gummielastischen und transparenten Kunststoffmasse 5 an den Randseiten 11, 12, 37 und 38 sorgt. Dieser steife Gehäuserahmen 13 weist eine Kunststoffgehäusemasse 14 auf, die, wie in 3 zu sehen ist, auf der Oberseite 24 des Verdrahtungssubstrats 23 angeordnet ist. Somit sind die Randseiten 29, 30, 31 und 32 des Sensorchips 3 vollständig von der transparenten Kunststoffmasse 5 umgeben und beabstandet von dem starren Gehäuserahmen 13 angeordnet.
  • 5 zeigt eine schematische Untersicht auf das Halbleitersensorbauteil 2 der 3. Die gestrichelte Linie 36 zeigt den Umriss des starren Gehäuserahmens 13, während im Zentrum des Verdrahtungssubstrats 23 die Öffnung 18 von der transparenten Kunststoffmasse 5 aufgefüllt ist. Auf der Unterseite 20 des Verdrahtungssubstrats 23 sind Außenkontakte 22 in Form von Lotkugeln 25 angeordnet, welche die Außenkontakte 22 des Halbleitersensorbauteils 2 darstellen, so das an diesen Punkten die jeweiligen Messsignale abgegriffen werden können bzw. Versorgungsspannungen an den Sensorchip angelegt werden können.
    • 1
    Halbleitersensorbauteil (1. Ausführungsform)
    2
    Halbleitersensorbauteil (2. Ausführungsform)
    3
    Sensorchip
    4
    Gehäuse
    5
    transparente Kunststoffmasse
    6
    aktive Oberseite des Sensorchips
    7
    Rückseite des Sensorchips
    8
    Sensorbereich
    9
    Flipchip-Kontakte
    10
    Schaltungssubstrat
    11
    Randseite der Kunststoffmasse
    12
    Randseite der Kunststoffmasse
    13
    Gehäuserahmen
    14
    nicht transparente Kunststoffgehäusemasse
    15
    Flachleiter
    16
    Außenflachleiter
    17
    Innenflachleiter
    18
    Öffnung
    19
    Kontaktanschlussfläche
    20
    Unterseite des Verdrahtungssubstrats
    21
    Außenkontaktfläche
    22
    Außenkontakt
    23
    Verdrahtungssubstrat
    24
    Oberseite des Verdrahtungssubstrats
    25
    Lotkugeln
    26
    Lötstopplackschicht
    27
    Kontaktfläche für Flipchip-Kontakte
    29
    Randseite des Sensorchips
    30
    Randseite des Sensorchips
    31
    Randseite des Sensorchips
    32
    Randseite des Sensorchips
    33
    Verdrahtungssubstrat
    34
    Leiterbahn
    35
    Durchkontakt
    36
    gestrichelte Linie
    37
    Randseite der transparenten Kunststoffmasse
    38
    Randseite der transparenten Kunststoffmasse
    A-A
    Schnittlinie in Figur 1
    B-B
    Schnittlinie in Figur 3

Claims (20)

  1. Halbleitersensorbauteil mit einem Sensorchip (3) und einem Gehäuse (4), das eine transparente Kunststoffmasse (5) aufweist, wobei der Sensorchip (3) eine aktive Oberseite (6) und eine Rückseite (7) und auf der aktiven Oberseite (6) einen Sensorbereich (8) und außerhalb des Sensorbereichs (8) Flipchip-Kontakte (9) aufweist, die mit einer Schaltungsstruktur (10) elektrisch in Verbindung stehen, wobei die Schaltungsstruktur (10) den Sensorbereich (8) frei zugänglich lässt und der Sensorchip (3) mit dem Sensorbereich (8) sowie die Flipchip-Kontakte (9) und der Teil der Schaltungsstruktur (10), der mit den Flipchip-Kontakten (9) elektrisch in Verbindung steht, in der transparenten Kunststoffmasse (5) eingebettet sind, wobei die transparente Kunststoffmasse (5) ein gummielastisches Material aufweist.
  2. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Kunststoffmasse (5) mindestens auf den Randseiten (11, 12) von einem Gehäuserahmen (13) aus einer nicht transparenten Kunststoffgehäusemasse (14) unter Freilassung des Sensorbereichs (8) umgeben ist.
  3. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsstruktur (10) Flachleiter (15) aufweist, wobei Außenflachleiter (16) aus dem Gehäuse (4) herausragen und in Innenflachleiter (17), die in der transparenten Kunststoffmasse (5) angeordnet sind, übergehen, wobei die Flipchip-Kontakte (9) auf den Innenflachleitern (17) fixiert sind.
  4. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsstruktur (10) eine TAB-Folie (eine Folie für ein „Tape Automated Bonding")aufweist und wobei die TAB-Folie eine Öffnung (18) aufweist, welche in ihrer flächigen Erstreckung dem Sensorbereich (8) des Sensorchips (3) entspricht.
  5. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass rund um die Öffnung (18) der Folie Kontaktanschlussflächen (19) angeordnet sind, auf denen die Flipchip-Kontakte (9) fixiert sind.
  6. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite (20) der Folie Außenkontaktflächen (21) angeordnet sind, welche Außenkontakte (22) des Halbleitersensorbauteils (1, 2) bilden.
  7. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsstruktur (10) ein Verdrahtungssubstrat (23) aufweist, wobei das Verdrahtungssubstrat (23) eine Öffnung (18) aufweist, welche in ihrer flächigen Erstreckung dem Sensorbereich (8) des Sensorchips (3) entspricht.
  8. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass rund um die Öffnung (18) auf der Oberseite (24) des Verdrahtungssubstrats (23) Kontaktanschlussflächen (19) an geordnet sind, auf denen die Flipchip-Kontakte (9) fixiert sind.
  9. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrahtungssubstrat (23) auf seiner Unterseite (20) Außenkontaktflächen (21) aufweist, auf denen Außenkontakte (22) des Halbleitersensorbauteils (1, 2) fixiert sind.
  10. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 6 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontakte (22) oberflächenmontierbare Lotkugeln (25) aufweisen.
  11. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite (20) der Verdrahtungssubstrats (23) eine strukturierte Lötstopplackschicht (26) unter Freilassung von Außenkontaktflächen (21) angeordnet ist.
  12. Verfahren zur Herstellung von Halbleitersensorbauteilen (1), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines Halbleiterwafers mit einer Vielzahl in Zeilen und Spalten angeordneter Sensorchippositionen, die aktive Oberseiten (6) mit Sensorbereichen (8) und Kontaktflächen (27) und den Oberseiten (6) gegenüberliegende Rückseiten (7) aufweisen; – Aufbringen von Flipchip-Kontakten (9) außerhalb der Sensorbereiche (8) auf die aktiven Oberseiten (6) der Sensorchips (3) in den Sensorchippositionen; – Trennen des Halbleiterwafers in Sensorchips (3) mit Flipchip-Kontakten (9); – Vorbereiten eines Flachleiterrahmens mit mehreren Halbleiterbauteilpositionen als Schaltungsstruktur (10); – Aufbringen einer Kunststoffgehäusemasse (14) auf den Flachleiterrahmen unter Bildung von Seitenwänden eines Gehäuserahmens (13) für ein Gehäuse (4) mit Innenflachleitern (17), die in den Gehäuserahmen (13) hineinragen und Außenflachleitern (16), die aus dem Gehäuserahmen (13) herausragen; – Bestücken des Flachleiterrahmens innerhalb des Gehäuserahmens (13) mit Sensorchips (3) unter Fixieren der Flipchip-Kontakte (9) auf den Innenflachleitern (17) des Flachleiterrahmens und unter Freilassen der Sensorbereiche (8); – Einbetten der Sensorchips (3) mit Sensorbereichen (8) und der Flipchip-Kontakte (9) sowie der Innenflachleiter (17) in eine transparente Kunststoffmasse (5) innerhalb des Gehäuserahmens (13); – Auftrennen des Flachleiterrahmens in einzelne Halbleitersensorbauteile (1).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen des Flachleiterrahmens in Halbleitersensorbauteile (1) mittels Stanzen erfolgt.
  14. Verfahren zur Herstellung von Halbleitersensorbauteilen (2), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines Halbleiterwafers mit einer Vielzahl in Zeilen und Spalten angeordneter Sensorchippositionen, die aktive Oberseiten (6) mit Sensorbereichen (8) und Kontaktflächen (27) und den Oberseiten (6) gegenüberliegende Rückseiten (7) aufweisen; – Aufbringen von Flipchip-Kontakten (9) außerhalb der Sensorbereich (8) auf den aktiven Oberseiten (6) der Sensorchips (3) in den Sensorchippositionen; – Trennen des Halbleiterwafers in Sensorchips (3) mit Flipchip-Kontakten (9); – Vorbereiten einer TAB-Folie mit mehreren Halbleiterbauteilpositionen als Schaltungsstruktur (10); – Einbringen von Öffnungen (18) in die TAB-Folie an den Halbleiterbauteilpositionen, wobei die flächige Erstreckung der Öffnungen (18) den Sensorbereichen (8) der Sensorchips (3) entspricht; – Bestücken der Oberseite der TAB-Folie mit Sensorchips (3) unter Fixieren der Flipchip-Kontakte (9) auf Kontaktanschlussflächen (19) der Oberseite der TAB-Folie im Bereich der Öffnungen (18); – Einbetten der Sensorchips (3) mit Sensorbereichen (8) und der Flipchip-Kontakte (9) sowie der TAB-Folie im Bereich der Öffnungen (18) in eine transparente Kunststoffmasse (5); – Aufbringen von Außenkontakten (22) auf Außenkontaktflächen (21) auf der Unterseite der TAB-Folie; – Auftrennen der TAB-Folie in einzelne Halbleitersensorbauteile (2).
  15. Verfahren zur Herstellung von Halbleitersensorbauteilen (2), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines Halbleiterwafers mit einer Vielzahl in Zeilen und Spalten angeordneter Sensorchippositionen, die aktiven Oberseiten (6) mit Sensorbereichen (8) und Kontaktflächen (27) und den Oberseiten (6) gegenüberliegende Rückseiten (7) aufweisen; – Aufbringen von Flipchip-Kontakten (9) außerhalb des Sensorbereichs (8) auf der aktiven Oberseite (6) der Sensorchips (3) in den Sensorchippositionen; – Trennen des Halbleiterwafers in Sensorchips (3) mit Flipchip-Kontakten (9); – Vorbereiten eines Verdrahtungssubstrats (23) mit mehreren Halbleiterbauteilpositionen als Schaltungsstruktur (10); – Einbringen von Öffnungen (18) in das Verdrahtungssubstrat (23) an den Halbleiterbauteilpositionen, wobei die flächige Erstreckung der Öffnungen (18) den Sensorbereichen (8) der Sensorchips (3) entspricht; – Bestücken der Oberseite (24) des Verdrahtungssubstrats (23) mit Sensorchips (3) unter Fixieren der Flipchip-Kontakte (9) auf Kontaktanschlussflächen (19) der Oberseite (24) des Verdrahtungssubstrats (23) im Bereich der Öffnungen (18); – Einbetten des Sensorchips (3) mit Sensorbereich (8) und der Flipchip-Kontakte (9) sowie des Verdrahtungssubstrats (23) im Bereich der Öffnungen (18) in eine transparente Kunststoffmasse (5); – Aufbringen von Außenkontakten (22) auf Außenkontaktflächen (21) auf der Unterseite (20) des Verdrahtungssubstrats (23); – Auftrennen des Verdrahtungssubstrats (23) in einzelne Halbleitersensorbauteile (2).
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen des Halbleiterwafers in eine Vielzahl von Sensorchips mittels Sägetechnik erfolgt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestücken mit Sensorchips (3) in Halbleiterbauteilpositionen mittels eines Bestückungsautomaten erfolgt, wobei die Sensorchips mit ihren aktiven Oberseiten (6) und Flipchip-Kontakten (9) auf der Schaltungsstruktur (10) mittels Löten fixiert werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbetten der Sensorchips (3) in eine transparente Kunststoffmasse (5) mittels Dispenstechnik erfolgt.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen eines Gehäuserahmens (13) aus einer nicht transparenten Kunststoffgehäusemasse (14) unter Ausbildung von Seitenwänden für die transparente Kunststoffmasse (5) mittels Spritzgusstechnik erfolgt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrahtungsstruktur auf die Oberseite der TAB-Folie bzw. des Verdrahtungssubstrats (23) durch Aufbringen einer Metallbeschichtung mit anschließendem Strukturieren mittels Photolithographie und Ätztechnik erfolgt.
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