DE102007033003A1

DE102007033003A1 - Bauelement mit wenigstens einem Halbleitersubstrat mit einer integrierten elektrischen Schaltung

Info

Publication number: DE102007033003A1
Application number: DE102007033003A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kuemmel; Christoph Brueggenolte; Frank Fischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2009-01-22
Also published as: WO2009010353A3; WO2009010353A2

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Bauelement (1) mit wenigstens einem Halbleitersubstrat (5, 6) mit einer integrierten elektrischen Schaltung. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß das Bauelement (1) wenigstens ein elektrisches Heizelement (4) zum Beheizen der integrierten Schaltung aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer temperaturabhängigen Funktion eines Bauelements (1) mit wenigstens einem Halbleitersubstrat (5, 6) mit einer integrierten elektrischen Schaltung. Das Verfahren weist die Verfahrensschritte auf, daß bei wenistens zwei unterschiedlichen Temperaturen des Bauelements (1) dessen temperaturabhängige Funktion bestimmt wird und daß wenigstens eine der zwei unterschiedlichen Temperaturen des Bauelements (1) durch Eigenerwärmung des Bauelements (1) erzeugt wird.

Description

Stand der Technik
Viele elektronische Präzisionsbauelemente, z. B. Sensoren, ändern ihr Verhalten über die Temperatur. Dieses Verhalten wird oft in einem Temperaturabgleich kompensiert. Es gibt für diesen Abgleich zwei Ansätze:
Beim ersten Ansatz werden viele Teile gleichzeitig definiert temperiert und gleichzeitig ihr Verhalten bestimmt. Dann werden diese Teile in der gleichen Meßeinrichtung anders temperiert und erneut ihr Verhaken bestimmt. Die Änderung über die Temperatur wird entweder gespeichert oder kompensiert. Es werden viele Teile gleichzeitig mit viel Zeitaufwand abgeglichen, die Meßergebnisse der ersten Temperatur stehen bei der zweiten Temperatur noch zur Verfügung.
Beim zweiten Ansatz werden viele Teile nacheinander definiert temperiert und nacheinander ihr Verhalten bestimmt. Dann werden diese Teile definiert anders temperiert und wieder ihr Verhalten bestimmt. Die bei der ersten Temperatur entstandenen Meßdaten sind bei der Messung bei einer zweiten Temperatur nicht oder nur mit großem Aufwand verfügbar. So kann die zweite Messung beispielsweise auf einer anderen Einrichtung oder zu einem anderen Zeitpunkt stattfinden. Es werden wenige Teile gleichzeitig mit geringem Zeitaufwand abgeglichen. Die Teile müssen zweimal eine Anlage durchlaufen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Bauelement mit wenigstens einem Halbleitersubstrat mit einer integrierten elektrischen Schaltung. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß das Bauelement wenigstens ein elektrisches Heizelement zum Beheizen der integrierten elektrischen Schaltung aufweist. Vorteilhaft können hierdurch temperaturabhängige Funktionen des Bauelements bestimmt oder gesteuert bzw. geregelt werden. Vorteilhaft ist bei einem Bauelement mit einer integrierten elektrischen Schaltung ein elektrisches Heizelement besonders einfach vorsehbar und auch integrierbar. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß das Bauelement eine integrierte Diode aufweist, welche in wenigstens einem Betriebszustand als elektrisches Heizelement vorgesehen ist. Vorteilhaft weist das Bauelement bereits eine Diode auf, die in dem besagten Betriebszustand als Heizelement vorsehbar ist. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß das Bauelement wenigstens einen elektrischen Leiterzug aufweist, welcher als elektrisches Heizelement in Form eines Heizwiderstands vorgesehen ist. Vorteilhaft ist so ein ohmscher Widerstand geschaffen, welcher als Heizelement fungiert. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht dabei vor, daß das Bauelement einen Trägerstreifen aufweist, an dem das Halbleitersubstrat befestigt ist und daß wenigstens ein Teil des Trägerstreifens als elektrisches Heizelement in Form eines Heizwiderstands vorgesehen ist. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht dabei vor, daß das Bauelement wenigstens einen Bonddraht aufweist, der mit dem Halbleitersubstrat verbunden ist und daß der Bonddraht als elektrisches Heizelement in Form eines Heizwiderstands vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist, wenn das Bauelement einen integrierten Temperatursensor aufweist. Vorteilhaft kann so die Temperatur des Bauelements bestimmt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer temperaturabhängigen Funktion eines Bauelements mit wenigstens einem Halbleitersubstrat mit einer integrierten elektrischen Schaltung. Das Verfahren weist die Verfahrensschritte auf, daß bei wenigstens zwei unterschiedlichen Temperaturen des Bauelements dessen temperaturabhängige Funktion bestimmt wird, und daß wenigstens eine der zwei unterschiedlichen Temperaturen des Bauelements durch Eigenerwärmung des Bauelements erzeugt wird. Vorteilhaft können durch Eigenerwärmung integrierte Bauelemente wegen ihrer geringen Masse und somit geringen Wärmekapazität besonders schnell auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Eigenerwärmung durch Bestrahlung oder Erwärmung des Bauelements von seinem Inneren her erzielt wird. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß wenigstens eine der zwei unterschiedlichen Temperaturen des Bauelements durch einen in das Bauelement integrierten Temperatursensor gemessen wird. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß wenigstens eine der zwei unterschiedlichen Temperaturen des Bauelements durch Messen einer von dem Bauelement ausgehenden Wärmestrahlung bestimmt wird.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren eine Temperierung, beispielsweise für einen Abgleich, durch Eigenerwärmung des Bauelementes. Zunehmend kleinere Bauelemente in Gehäusen unter 10 mm^3 Volumen sind thermisch wesentlich weniger träge als die Meßanlagen auf denen sie getestet werden. Durch bewußte elektrische Eigenerwärmung oder Eigenerwärmung durch Absorption kann ein Bauteil sehr schnell seine Temperatur ändern, so daß ein nochmaliges durchlaufen einer Anlage nicht mehr nötig ist. Wesentliche Vorteile sind:

– Die Daten aus der ersten Temperatur stehen bei der zweiten Temperatur noch zur Verfügung.
– Die für einen zweiten Durchlauf benötigte Indexzeit (Bestücken, Temperieren, Kontaktieren, Kontakttest etc.) wird vermieden.

Zeichnung
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements mit wenigstens einem Halbleitersubstrat mit einer integrierten elektrischen Schaltung.
Ausführungsbeispiel
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements mit wenigstens einem Halbleitersubstrat mit einer integrierten elektrischen Schaltung. Dargestellt ist ein Halbleiterbauelement 1 in Draufsicht, schematisch in teildurchlässiger Darstellung mit einem Gehäuse 7, z. B. einem SOIC-, QFN-, LGA-, CLCC-Gehäuse, wie es üblicherweise für die Verpackung von Halbleiterbauelementen oder mikromechanischen Sensoren eingesetzt wird. Das Halbleiterbauelement 1 weist zwei Halbleitersubstrate 5 und 6 mit integrierten elektrischen Schaltungen auf. An dem Gehäuse 7 sind Außenanschlüsse 2 angeordnet, die zur Verbindung der integrierten elektrischen Schaltungen 5 und 6 des Halbleiterbauelements 1 nach Außen eingesetzt werden. Die integrierten elektrischen Schaltungen 5 und 6 können mikroelektronische oder auch mikromechanische Vorrichtungen sein. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Anschlüsse 31 und 32 derart vorgesehen, daß ein Heizelement 4, das bevorzugt aus dem gleichen Material wie Anschluß 31 und 32 besteht, jedoch z. B. abgedünnt oder im Querschnitt stark verengt sein kann, damit elektrisch verbunden ist. Das Heizelement 4 ist elektrisch belastbar, sodaß eine Erwärmung eines im Gehäuse 7 angeordneten Chips 5, einer Vergußmasse des Gehäuses 7 und eines in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls im Gehäuse 7 angeordneten zweiten Chips 6 führt. Die Temperaturänderung, die durch die elektrische Belastung des Heizelementes 4 verursacht wird, kann zu Änderungen der Bauelementefunktion der integrierten elektrischen Schaltungen 5 und 6 führen. Diese Änderung kann bei einer Messung nach der Erwärmung bestimmt und eine temperaturabhängige Korrektur der Funktionsparameter durchgeführt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Temperatursensor auf einem der im Gehäuse 7 angeordneten integrierten elektrischen Schaltungen 5 oder 6 integriert, wodurch wenigstens eine grobe Schätzung der Temperaturänderung oder auch eine Kontrolle der Heizleistung ermöglicht wird.
Als Heizelement kann auch eine Diode, insbesondere eine Substratdiode an einem Halbleitersubstrat der integrierten elektrischen Schaltungen 5 oder 6 vorgesehen sein. Dazu ist besonders eine Diode mit hoher Strombelastbarkeit geeignet.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer temperaturabhängigen Funktion eines Bauelements mit wenigstens einem Halbleitersubstrat mit einer integrierten elektrischen Schaltung. Das Verfahren ist dazu geeignet, Eigenerwärmung für einen Temperaturabgleich zu nutzen.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verhalten des Bauelements, d. h. ein Funktionswert einer temperaturabhängigen Funktion des Bauelements, bei einer Temperatur ermittelt. Dann soll sich das bereits in einer Testfassung befindliche Bauelement selbst erwärmen. Die Erwärmung kann durch verschiedene Mechanismen erfolgen: Bestrahlung mit Licht, Elektrisches Belasten (d. h. Erzeugen von Wärme mittels elektrischem Stromfluß), Belasten der Substratdiode (verpolen des Bauteils), Belasten von im elektronischen Bauelement integrierten Schutzdioden gegen elektrostatische Aufladungen, oder auch Belasten von einem oder mehreren im Bauelement eingebauten elektrischen Heizern. Vorteilhaft kann zum elektrischen Heizen, ein elektrisches Heizelement dienen, welches unter Nutzung von Bestandteilen des Gehäuses 7 (z. B. eines Trägerstreifens, Bonddrähte, Leiterbahnebenen bei LGA/BGA-Gehäusen) vorgesehen ist.
Nach oder während der Erwärmung wird das Verhalten erneut charakterisiert, d. h. ein zweiter Funktionswert der temperaturabhängigen Funktion des Bauelements, bei einer zweiten Temperatur ermittelt. Dazu muß es nicht zwangsläufig nötig sein, die exakte Temperatur des Bauelements zu kennen, oft reicht eine grobe Tendenz. Wenn die Temperatur bekannt sein muß, gibt es verschiedene Möglichkeiten, diese zu messen, wie beispielsweise der Messung durch einen im Bauteil integrierten Temperatursensor. Ein solcher Temperatursensor kann auch ein Halbleitersensor, wie insbesondere eine Substratdiode sein. Eine andere Möglichkeit ist eine Messung der Schwarzkörperstrahlung (Infrarotstrahlung) des Bauelements mit Hilfe äußerer Meßmittel, wie Strahlungsempfängern. Mit dem unterschiedlichen Verhalten, d. h. mit der Kenntnis der unterschiedlichen Funktionswerte, bei den verschiedenen Temperaturen kann das Bauelement abgeglichen werden.

Claims

Bauelement (1) mit wenigstens einem Halbleitersubstrat (5, 6) mit einer integrierten elektrischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) wenigstens ein elektrisches Heizelement (4) zum Beheizen der integrierten elektrischen Schaltung aufweist.
Bauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) eine integrierte Diode aufweist, welche in wenigstens einem Betriebszustand als elektrisches Heizelement (4) vorgesehen ist.
Bauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) wenigstens einen elektrischen Leiterzug aufweist, welcher als elektrisches Heizelement (4) in Form eines Heizwiderstands vorgesehen ist.
Bauelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) einen Trägerstreifen aufweist, an dem das Halbleitersubstrat (5, 6) befestigt ist und daß wenigstens ein Teil des Trägerstreifens als elektrisches Heizelement (4) in Form eines Heizwiderstands vorgesehen ist.
Bauelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) wenigstens einen Bonddraht aufweist, der mit dem Halbleitersubstrat (5, 6) verbunden ist und daß der Bonddraht als elektrisches Heizelement (4) in Form eines Heizwiderstands vorgesehen ist.
Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) einen integrierten Temperatursensor aufweist.
Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer temperaturabhängigen Funktion eines Bauelements (1) mit wenigstens einem Halbleitersubstrat (5, 6) mit einer integrierten elektrischen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß – bei wenigstens zwei unterschiedlichen Temperaturen des Bauelements (1) dessen temperaturabhängige Funktion bestimmt wird, und daß – wenigstens eine der zwei unterschiedlichen Temperaturen des Bauelements (1) durch Eigenerwärmung des Bauelements (1) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenerwärmung durch Bestrahlung oder Erwärmung des Bauelements (1) von seinem Inneren her erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der zwei unterschiedlichen Temperaturen des Bauelements (1) durch einen in das Bauelement (1) integrierten Temperatursensor gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der zwei unterschiedlichen Temperaturen des Bauelements (1) durch Messen einer von dem Bauelement ausgehenden Wärmestrahlung bestimmt wird.