DE102010002545A1

DE102010002545A1 - Sensorvorrichtung und Herstellverfahren für eine Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102010002545A1
Application number: DE102010002545A
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Kariya Takahata; Takashige Kariya Saito; Masahiro Kariya Honda; Shinpei Kariya Taga; Haruhisa Kariya Koike
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2030-03-04
Also published as: JP5045769B2; DE102010002545B4; US20100224945A1; JP2010230655A; US8334158B2

Abstract

Bei einem Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung wird ein Sensorchip (10) auf dessen Oberfläche ein Messfühlerbereich ausgebildet ist auf einer Oberfläche eines Substrats (20) angebracht, und ein Harz (50) mit einer flüchtigen Eigenschaft wird auf der Oberfläche des Sensorchips (10) angeordnet, wodurch diese bedeckt ist. Anschließend werden der Sensorchip (10) und das Substrat (20) durch ein Dichtungselement (30) abgedichtet. Als nächstes wird das Dichtungselement (30) ausgehärtet und das Harz (50) zum Verdampfen erhitzt, so dass eine Lücke (40) zwischen einem bedeckten Bereich in der Oberfläche des Sensorchips (10), welche durch das Dichtungselement (30) abgedeckt ist, und dem Dichtungselement (30) ausgebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung mit einem Sensorchip, welcher einen Messfühlerbereich aufweist, um mechanische Größen zu erfassen, und auf ein Herstellverfahren für die Sensorvorrichtung.
In einem herkömmlichen Sensorchip einer derartigen Sensorvorrichtung wird beispielsweise ein Messfühlerbereich zum Erfassen mechanischer Größen versetzt, wenn eine mechanische Größe, wie beispielsweise Druck, Beschleunigungsänderung oder Ähnliches auf den Messfühlerbereich einwirkt, wobei der Messfühlerbereich die mechanische Größe basierend auf der Versetzung erfasst. Insbesondere beinhaltet ein Beispiel des Messfühlerbereichs eine Membran in einem Drucksensor, ein balkenförmiger Körper als bewegbarer Bereich in einem Beschleunigungssensor oder dergleichen.
In einer derartigen Sensorvorrichtung kann aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten des Sensorchips, eines Substrats, eines Dichtungselements, welches den Sensorchip und das Substrat abdichtet, oder dergleichen eine Belastung auf den Sensorchip ausgeübt werden. Der Messfühlerbereich des Sensorchips ist anfällig für die Belastung, dadurch kann ein Erfassungsfehler in der Sensorvorrichtung verursacht werden. Demzufolge ist es notwendig, dass die Belastung, die auf den Sensorchip ausgeübt wird, soweit wie möglich reduziert wird.
JP-A-8-159897 beschreibt ein Verfahren zum Befestigen eines Sensorchips mit geringer Belastung. Gemäß der JP-A-8-159897 wird, um Belastung aufgrund eines Die-Bond-Materials zu reduzieren, ein Substrat von einem Sensorchip separiert, indem ein Glasabsatz zwischen dem Substrat und dem Sensorchip eingesetzt wird, wodurch Belastung aufgrund unterschiedlicher thermaler Ausdehnungskoeffizienten reduziert werden kann. Weiter kann durch die Verwendung von Silikonharz mit niedriger Elastizität als ein Harz zum Bonden des Sensorchips die Belastung aufgrund eines Die-Bond-Materials reduziert werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung befestigten einen Sensorchip mit einem Messfühlerbereich zum Erfassen mechanischer Größen auf einem Substrat und untersuchten eine Anordnung zum Abdecken des Sensorchips und des Substrats durch ein aus Harz hergestelltes Dichtungselement. Beispielsweise sind im Sensorchip Stromanschlussbereiche und auf dem Substrat elektrische Verarbeitungsschaltungen durch das Dichtungselement geschützt.
Eine derartig ausgebildete Sensorvorrichtung wird durch nachfolgend erläutertes Verfahren hergestellt. Ein Sensorchip mit einem Messfühlerbereich wird auf einer Oberfläche eines Substrate befestigt, der Sensorchip wird elektrisch und mechanisch mit dem Substrat verbunden, und anschließend werden der Sensorchip und das Substrat durch das Dichtungselement abgedeckt und abgedichtet.
Das in JP-A-8-159897 erläuterte Verfahren bringt den Nachteil mit sich, dass aufgrund der Verwendung des Glasabschnittes ein größeres Gehäuse notwendig ist, und das Herstellungsverfahren aufwendiger wird, wodurch die Kosten ansteigen. Somit ist es notwendig, den Sensorchip ohne Verwendung des Glasabschnittes auf das Substrat zu montieren.
Des Weiteren kann die auf den Sensorchip ausgeübte Belastung reduziert werden, indem das vorhergehend erläuterte Silikonharz, welches eine niedrige Elastizität aufweist, als Dichtungselement verwendet wird. Jedoch kann, wenn die Elastizität des Dichtungselements niedrig wird, eine Fließdehnung im Dichtungselement entstehen. Weiter hat das Silikonharz eine geringe Verlässlichkeit als Dichtungselement, da es eine relativ niedrige Hitzebeständigkeit und Quellfähigkeit aufweist.
Generell wird im Hinblick auf Hitzebeständigkeit epoxidbasiertes Harz als Dichtungselement zum Schutz von elektrischen Verarbeitungsschaltungen auf einem Substrat verwendet. Somit kommt das herkömmliche epoxidbasierte Harz als Dichtungselement in Betracht. Jedoch kann, da die Elastizität von epoxidbasiertem Harz großer als die von Silikonharz ist, wenn das aus epoxidbasiertem Harz hergestellte Dichtungselement in Kontakt mit dem Sensorchip ist, die Empfindlichkeit des Sensorchips aufgrund der Belastung reduziert werden.
Im Hinblick auf die vorhergehend erläuterten Punkte ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen, in der der Sensorchip einen Messfühlerbereich zum Erfassen mechanischer Größen aufweist, der Sensorchip auf einem Substrat befestigt ist und durch ein Dichtelement abgedichtet ist. Somit kann aufgrund des Dichtungselements auf den Sensorchip ausgeübte Belastung soweit wie möglich reduziert werden. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für die Sensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Sensorvorrichtung einen Sensorchip auf dessen Oberfläche ein Messfühlerbereich angeordnet, wobei der Messfühlerbereich ausgebildet ist, um, wenn eine mechanische Größe auf den Messfühlerbereich einwirkt, versetzt zu werden, um die mechanische Größe basierend auf der Versetzung zu erfassen, wobei: der Sensorchip auf einer ersten Oberfläche des Substrats angebracht wird; ein Harz mit mindestens entweder einer flüchtigen oder einer schäumbaren Eigenschaft auf der Oberfläche des Sensorchips angeordnet wird, wodurch die Oberfläche des Sensorchips bedeckt wird; der Sensorchip, der durch das Harz bedeckt ist, und das Substrat durch ein Dichtungselement, nachdem die Oberfläche des Sensorchips bedeckt wurde, abgedichtet wird; und das Dichtungselement ausgehärtet, und das Harz zum Verdampfen oder Aufschäumen nach dem Abdichten des Sensorchips und des Substrats erhitzt wird, so dass eine Lücke zwischen einem bedeckten Bereich in der Oberfläche des Sensorchips, welche durch das Dichtungselement bedeckt ist, und dem Dichtungselement ausgebildet wird.
Gemäß dieser Ausführung wird das Harz verflüchtigt oder aufgeschäumt, um die Lücke zwischen der Oberfläche des Sensorchips und dem Dichtungselement, welches die Oberfläche des Sensorchips bedeckt, auszubilden. Somit ist das Dichtungselement vom Sensorchip beabstandet und die Haftkraft zwischen dem Dichtungselement und dem Sensorchip ist drastisch reduziert. Dadurch kann Belastung, die durch das Dichtungselement auf den Sensorchip ausgeübt wird, soweit wie möglich reduziert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Sensorvorrichtung ein Substrat; einen Sensorchip mit einem Messfühlerbereich auf der Oberfläche des Sensorchips, wobei der Messfühlerbereich so ausgebildet ist, dass er versetzt wird, wenn eine mechanische Größe auf den Messfühlerbereich einwirkt, um die mechanische Größe basierend auf der Versetzung zu erfassen, und der Sensorchip auf einer Oberfläche des Substrats angebracht ist; und ein Dichtungselement, welches den Sensorchip und das Substrat bedeckt. Das Dichtungselement ist so angeordnet, dass es durch eine Lücke von einem bedeckten Bereich in der Oberfläche des Sensorchips, welche durch das Dichtungselement bedeckt ist, beabstandet ist.
Gemäß dieser Ausbildung ist die Lücke zwischen der Oberfläche des Sensorchips und dem Dichtungselement, welches die Oberfläche des Sensorchips bedeckt, ausgebildet. Somit ist die Haftkraft zwischen dem Dichtungselement und dem Sensorchip drastisch reduziert und Belastung, die durch das Dichtungselement auf den Sensorchip ausgeübt wird, kann soweit wie möglich reduziert werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung anhand der beigefügten Abbildungen verdeutlicht.
Es zeigen:
1A eine perspektivische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1B eine Querschnittsdarstellung entlang einer Linie IB-IB in 1A;
1C eine perspektivische Darstellung der Sensorvorrichtung gemäß 1A, in welcher ein Dichtungselement weggelassen ist;
2A bis 2D Darstellungen von Herstellungsprozessen der Sensorvorrichtung gemäß 1A;
3 eine Querschnittsdarstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Abwandlung der ersten Ausführungsform;
4 eine Querschnittsdarstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Abwandlung der ersten Ausführungsform;
5A eine perspektivische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5B eine Querschnittsdarstellung entlang einer Linie VB-VB aus 5A;
6A bis 6C Darstellungen von Herstellungsprozessen der Sensorvorrichtung gemäß 5A;
7 eine Querschnittsdarstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Abwandlung der zweiten Ausführungsform;
8 eine Querschnittsdarstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Abwandlung der zweiten Ausführungsform;
9A eine perspektivische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9B eine Querschnittsdarstellung entlang einer Linie IXB-IXB aus 9A;
10A bis 10C Darstellungen von Herstellungsprozessen der Sensorvorrichtung gemäß 9A;
11 eine Querschnittsdarstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer Abwandlung der dritten Ausführungsform;
12A eine perspektivische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12B eine Querschnittsdarstellung entlang einer Linie XIIB-XIIB aus 12A;
13A und 13B Darstellungen von Herstellungsprozessen der Sensorvorrichtung gemäß 12A;
14 eine Querschnittsdarstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer Abwandlung der vierten Ausführungsform;
15A eine perspektivische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15B eine Draufsichtdarstellung eines Bereichs in der Nähe eines Messfühlerbereichs der Sensorvorrichtung gemäß 15A;
16A eine perspektivische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Abwandlung der ersten Ausführungsform;
16B bis 16D Querschnittsdarstellungen entlang einer Linie XVI-XVI in 16A;
17A eine perspektivische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Abwandlung der zweiten Ausführungsform;
17B eine Querschnittsdarstellung entlang einer Linie XVIIB-XVIIB aus 17A;
17C eine Querschnittsdarstellung entlang einer Linie XVIIC-XVIIC aus 17A;
18A eine perspektivische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Abwandlung der dritten Ausführungsform;
18B und 18C eine Querschnittsdarstellung entlang einer Linie XVIII-XVIII aus 18A;
19A eine perspektivische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Abwandlung der vierten Ausführungsform;
19B und 19C Querschnittsdarstellungen entlang einer Linie XIX-XIX aus 19A; und
20 eine Querschnittsdarstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren Abwandlung der Sensorvorrichtung gemäß 16A.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.
(Erste Ausführungsform)
In einer Sensorvorrichtung S1 der vorliegenden Erfindung ist ein Sensorchip 10, auf dessen Oberfläche sich ein Messfühlerbereich 11 befindet, auf einer Oberfläche eines Substrats 20 angebracht (auf der oberen Oberfläche des Substrats 20, wie in 1B dargestellt), und der Sensorchip 10 und das Substrat 20 sind durch ein Dichtungselement 30 bedeckt und abgedichtet.
Der Sensorchip 10 ist aus einem Silikonhalbleiter oder dergleichen hergestellt und ist ein durch einen herkömmlichen Halbleiterprozess, Ätzprozess oder dergleichen ausgebildeter MEMS(mikroelektromechanisches System)-Sensor. Der Messfühlerbereich 11 wird versetzt, wenn eine mechanische Größe darauf einwirkt, und der Messfühlerbereich 11 erfasst die mechanische Größe basierend auf der Versetzung. Der Messfühlerbereich 11 ist auf der Oberfläche des Sensorchips 10 angeordnet und gestaltet einen Teil der Oberfläche des Sensorchips 10.
Beispielsweise hat der Messfühlerbereich 11 einen beweglichen Abschnitt, der versetzt wird, wenn eine mechanische Größe wie beispielsweise ein Druck, eine Beschleunigungsänderung, eine Winkelgeschwindigkeit oder dergleichen darauf einwirkt. Der bewegliche Gereicht ist als MEMS durch Mikrofertigung ausgebildet. Sogar wenn eine Mikrobelastung auf den Sensorchip 10 ausgeübt wird, ist der Messfühlerbereich 11 mit einem derartigen, beweglichen Bereich empfänglich für die Belastung.
Ein typisches Beispiel des Sensorchips 10 beinhaltet einen Drucksensorchip mit einem dünnen Diaphragma, welches durch einen Druck spannungsversetzt ist, und den Messfühlerbereich 11 bildet, einen Beschleunigungssensorchip und einen Winkelgeschwindigkeitssensorchip, von denen jeder einen balkenförmigen Körper gebildet aus einer kammartigen beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode, welche durch eine Beschleunigungsänderung oder eine Winkelgeschwindigkeit versetzt sind, als den Messfühlerbereich 11.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der Sensorchip 10 eine Elektrode 12 an einer unteren, dem Substrat 20 gegenüberliegenden Oberfläche 10b, und den Messfühlerbereich 11 an einer oberen, der unteren Oberfläche 10b gegenüberliegenden Oberfläche 10a. Beispielsweise ist die Elektrode 12 ein Vorsprung wie beispielsweise ein aus Gold oder Kupfer hergestellter Höcker, der durch Bolzen-Bonden (stud bump bonding) oder Metallisierung ausgebildet wird, und ein Löthöcker. Die Elektrode 12 ragt von der unteren Oberfläche 10b des Sensorchips 10 hervor.
Die Elektrode 12 ist so ausgebildet, dass der Sensorchip 10 elektrisch mit der Außenseite verbunden ist und das Senden und Empfangen eines elektrischen Signals zwischen dem Messfühlerbereich 11 und der Außenseite mittels der Elektrode 12 durchgeführt werden kann. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, ist der Messfühlerbereich 11 beispielsweise mittels einer Durchgangselektrode oder dergleichen, die im Sensorchip 10 angeordnet ist, elektrisch mit der Elektrode 12 verbunden.
Ein herkömmliches Leiterplattensubstrat wie beispielsweise ein bedrucktes Substrat und ein Keramiksubstrat wird als Substrat 20 verwendet. Ein Leiterrahmen kann als Substrat 20 verwendet werden. Wetter kann das Substrat 20 ein einlagiges Substrat oder ein mehrlagiges Substrat sein. Das heißt, jedes Substrat kann als das Substrat 20 verwendet werden, solange der Sensorchip 10 auf dem Substrat angebracht ist und das Substrat elektrisch mit dem Sensorchip 10 verbunden ist.
Wie in 1B dargestellt, ist der Sensorchip 10 so angeordnet, dass die untere Oberfläche 10b dem Substrat 20 gegenüberliegt und die Elektrode 12 elektrisch und mechanisch durch Druck-Bonden, wie beispielsweise der Ausübung von Druck und Hitze, mit dem Substrat 20 verbunden ist. Insbesondere, obwohl nicht in der Zeichnung dargestellt, ist eine leitende Anschlussfläche in einem Verbindungsbereich zwischen dem Substrat 20 und der Elektrode 12 angeordnet, wobei die Anschlussfläche mit der Elektrode 12 verbunden ist.
Der Sensorchip 10 ist elektrisch und mechanisch mittels der Elektrode 12 mit dem Substrat 20 verbunden. Somit wird der Sensorchip 10 durch das Substrat 20 getragen und Senden und Empfangen eines elektrischen Signals zwischen dem Sensortyp 10 und dem Substrat 20 und die Ansteuerung des Sensorchips 10 durch das Substrat 20 kann durchgeführt werden.
Auf diese Weise ist der Sensorchip 10 auf der oberen Oberfläche des Substrats 20 durch Flip-Chip-Bonden angebracht, wobei der Messfühlerbereich 11 sich gegenüber einer gegenüberliegenden Seite der oberen Oberfläche befindet. Um die mechanische Verbindung zwischen Sensorchip 10 und dem Substrat 20 zu verstärken, kann ein Unterfüllharz zwischen der unteren Oberfläche 10b und dem Substrat 20 eingefügt werden.
Das Dichtungselement 30 ist an der oberen Oberfläche des Substrats 20 angeordnet, das heißt, auf der Oberfläche, auf welche der Sensorchip 10 angebracht ist, um den Sensorchip 10 und das Substrat 20 zu bedecken und abzudichten. Eine der oberen Oberfläche des Substrats 20 gegenüberliegende Oberfläche, das heißt, eine untere Oberfläche des Substrats 20, ist nicht durch das Dichtungselement 30 bedeckt und zur Außenseite hin freigelegt. Das Dichtungselement 30 wird aus einem Formstoff wie beispielsweise epoxidbasiertem Harz mit einer hohen Hitzebeständigkeit, welches für ein herkömmliches Formgehäuse verwendet wird, hergestellt.
Das Dichtungselement 30 bedeckt die obere Oberfläche des Substrats 20 und eine Seitenoberfläche 10c des Sensorchips 10. Somit schützt das Dichtungselement 30 einen Schaltkreis oder dergleichen (nicht dargestellt) auf der oberen Oberfläche des Substrats 20 und den Bereich zum Verbinden des Substrats 20 mit der Elektrode 12.
Die obere Oberfläche 10a und der darauf angeordnete Messfühlerbereich 11 sind durch das Dichtungselement 30 nicht bedeckt und abgedichtet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Messfühlerbereich 11, welcher Teil der Oberfläche des Sensorchips 10 ist, nicht durch das Dichtungselement 30 abgedichtet, das heißt, dass der Messfühlerbereich 11 ein unabgedichteter Bereich ist. Somit ist der unabgedichtete Messfühlerbereich 11 ein freigelegter Bereich der Oberfläche des Sensorchips 10, der zur Außenseite hin freigelegt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Öffnung 31 im Dichtungselement 30 in einem Bereich, der mit dem Messfühlerbereich 11 in der Oberfläche des Sensorchips 10 korrespondiert, vorgesehen. Der Messfühlerbereich 11 ist durch die Öffnung 31 gegenüber der Außenseite freigelegt. Die Ausbildung ist bevorzugt für den Fall, dass der Messfühlerbereich 11 beispielsweise einen Druck erfasst.
Weiter ist ein Bereich in der Oberfläche des Sensorchips 10, welcher durch das Dichtungselement 30 abgedeckt ist, die Seitenoberfläche 10c des Sensorchips 10. Zwischen der Seitenoberfläche 10c und dem Dichtungselement 30 ist eine Lücke 40 vorgesehen.
Das heißt, die Seitenoberfläche 10c befindet sich gegenüber dem Dichtungselement 30 mit der Lücke 40 dazwischen. Das Dichtungselement 30 ist von der Seitenoberfläche 10c getrennt und bedeckt die Seitenoberfläche 10c. Die Lücke 40 öffnet sich in den Messfühlerbereich 11 als der unabgedichtete Bereich und öffnet sich mittels des Messfühlerbereichs 11 weiter zur Außenseite hin.
Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren für die Sensorvorrichtung S1 mit Bezug auf die 2A bis 2D erläutert. 2A bis 2C sind perspektivische Darstellungen der jeweiligen Prozesse und 2D ist eine Querschnittsdarstellung des Prozesses gemäß 2C.
Wie in 2A dargestellt, ist die Elektrode 12 auf der unteren Oberfläche 10b des Sensortyps 10, welcher den Messfühlerbereich 11 aufweist, der durch einen Halbleiterprozess ausgebildet ist, ausgebildet. Die untere Oberfläche 10b ist dem Substrat 20 zugewandt, der Sensortyp 10 ist an der oberen Oberfläche des Substrats 20 angebracht, und die Elektrode 12 ist mit dem Substrat 20 durch die Ausübung von Druck und Hitze oder dergleichen (Chip-Befestigungsprozess) verbunden.
Nachdem der Sensorchip 10 an der oberen Oberfläche des Substrats 20 angebracht ist, wird das flüchtige Harz 50 auf der Oberfläche des Sensorchips 10 angeordnet womit die Oberfläche des Sensorchips 10 durch das Harz 50 bedeckt ist (Harzaufbringprozess). Wie in 2B dargestellt, wird das Harz 50 auf die Seitenoberfläche 10c des Sensorchips durch einen Dispenser oder dergleichen aufgebracht. Das Harz 50 kann in einen Raum zwischen der unteren Oberfläche 10b und dem Substrat 20 eindringen.
Das flüchtige Harz 50 bedeckt die Oberfläche des Sensorchips 10 bei einer Temperatur unter dessen Gefrierpunkt, und wird, um verdampft zu werden, im Verdampfungsprozess, der später ausgeführt wird, erhitzt. Beispielsweise kann PEG (Polyethylenglykol) als das Harz 50 verwendet werden.
Der Gefrierpunkt oder dergleichen von PEG variiert im Zusammenhang mit dem molekularen Gewicht. Somit kann durch die Verwendung von PEG mit einem gewünschten Gefrierpunkt das Harz 50, wie vorhergehend beschrieben, auf einfache Weise aufgebracht werden. Im Harzaufbringprozess unter der Verwendung von PEG wird bevorzugt eine Spritze bis zu einer Temperatur gleich oder größer dem Gefrierpunkt erwärmt und PEG wird durch eine Strahlabgabevorrichtung abgegeben.
Als Nächstes werden der durch das Harz 50 abgedeckte Sensorchip 10 und die obere Oberfläche des Substrats 20 durch das Dichtungselement 30 abgedichtet (Abdichtungsprozess). Das Dichtungselement 30 aus Harz wird vor dem Aushärten unter Verwendung (zum Beispiel) eines Form-Dies (molding die) oder einer Abgabevorrichtung aufgebracht.
Unter Verwendung des Dichtungselements 30 wird die Seitenoberfläche 10c in der Oberfläche des Sensorchips 10 durch das Dichtungselement 30 abgedeckt. Jedoch wird die obere Oberfläche 10a mit dem Messfühlerbereich 11 nicht durch das Dichtungselement abgedeckt, das heißt, das ist der unabgedichtete Bereich. Somit ist das an der Seitenoberfläche 10c angeordnete Harz 50 so ausgebildet, um mit der Außenseite mittels des Messfühlerbereichs 11 zu kommunizieren (siehe 2C und 2D).
Nach dem Abdichtungsprozess wird das Dichtungselement 30 ausgehärtet und das Harz 50 wird zum Verdampfen erhitzt (Aushärtungs-Verdampfungs-Prozess). Wird epoxidbasiertes Harz für das Dichtungselement 30 verwendet, wird das Dichtungselement 30 bei einer Temperatur von näherungsweise 150°C ausgehärtet. Für den Fall, dass beispielsweise PEG als Harz 50 verwendet wird, wird das Harz bei einer Temperatur im Bereich von näherungsweise 100°C bis 300°C verdampft. Durch das Durchführen einer Hitzebehandlung unter Verwendung eines Ofens, eines Heizers oder dergleichen kann der Abdichtungsprozess durchgeführt werden.
Entspricht die Aushärttemperatur näherungsweise der Verflüchtigungstemperatur, können das Aushärten des Dichtungselements 30 und das Verflüchtigen des Harzes 50 zur gleichen Zeit ausgeführt werden. Unterscheidet sich die Aushärttemperatur von der Verdampfungstemperatur, kann das Aushärten des Dichtungselements 30 und das Verdampfen des Harzes 50 zu verschiedenen Zeitpunkten ausgeführt werden, beispielsweise zuerst wird das eine und danach das andere ausgeführt.
Wird das Harz 50 zum Verdampfen erhitzt, wird verdampftes Harz 50, das heißt gasförmiges Harz 50, durch den Messfühlerbereich 11 als der unabgedichtete Bereich abgelassen. Somit wird zwischen der Seitenoberfläche 10c und dem Dichtungselement 30, welches die Seitenoberfläche 10c abdeckt, die Lücke 40 ausgebildet, so dass die in 1A bis 1C dargestellte Sensorvorrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nach dem Abdichtungsprozess durch das Dichtungselement 30 das Harz 50 verdampft, um die Lücke 40 zwischen der Oberfläche des Sensorchips 10 und dem Dichtungselement 30, welches die Oberfläche des Sensorchips 10 abdeckt, auszubilden. Bei herkömmlichen Sensorvorrichtungen deckt das Dichtungselement 30 die Oberfläche des Sensorchips 10 ab, so dass die Oberfläche in Kontakt mit dem Dichtungselement 30 ist. Im Gegensatz dazu deckt bei der Sensorvorrichtung S1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Dichtungselement 30 die Oberfläche des Sensorchips 10 mit einem dazwischen befindlichen Abstand ab.
Die Haftkraft zwischen dem Dichtungselement 30 und dem Sensorchip 10 ist drastisch reduziert oder wird nahezu null. Dadurch kann durch das Dichtungselement 30 auf den Sensorchip ausgeübte Spannung soweit wie möglich reduziert werden.
Demzufolge kann bei der vorliegenden Ausführungsform ein Material für das Dichtungselement 30 im Hinblick auf eine immanente Eigenschaft des Dichtungselements 30, beispielsweise Hitzebeständigkeit, ausgebildet werden. Das heißt, das Material kann ausgebildet werden, ohne dessen hohe oder geringe Elastizität in Betracht zu ziehen. Somit kann bei der vorliegenden Ausführungsform herkömmliches epoxidbasiertes Harz für das Dichtungselement 30 gewählt werden und auf Silikonharz, bei dem obwohl es eine geringe Elastizität aufweist ein Verlässlichkeitsproblem besteht, verzichtet werden.
Des Weiteren ist im Abdichtungsprozess der Messfühlerbereich 11 in der Oberfläche des Sensorchips 10 als der unabgedichtete Bereich ausgebildet, welcher ein Loch, das sich von der Innenseite des Dichtungselements 30 zur Außenseite hin öffnet, darstellt. In dem Aushärtungs-Verdampfungs-Prozess wird das gasförmige Harz 50 von der Innenseite des Dichtungselements 30 durch den Messfühlerbereich 11 abgelassen. Somit kann die Druckerhöhung im Dichtungselement 30 durch die Verflüchtigung des Harzes 50 auf leichte Weise verhindert werden.
Nachfolgend werden eine erste und eine zweite Abwandlung der ersten Ausführungsform mit Bezug auf 3 und 4 erläutert. In den folgenden Beispielen und Ausführungsformen werden Bezugszeichen der entsprechenden Bereiche der ersten Ausführungsform weiterverwendet und eine Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Gemäß den 2A bis 2D wird im Harzaufbringprozess das Harz 50 auf die Seitenoberfläche 10c des Sensorchips 10 aufgebracht, wobei es jedoch nicht auf die obere Oberfläche 10a des Sensorchips 10 aufgebracht wird. Im Gegensatz dazu kann, wie in 3 dargestellt, das Harz 50 zusätzlich zur Seitenoberfläche 10c auf die ganze Oberfläche der oberen Oberfläche 10a aufgebracht werden und diese bedecken. In diesem Fall wird das Harz 50 zum Entfernen verflüchtigt und die in 1A bis 1C dargestellte Anordnung kann erreicht werden.
Gemäß 1A bis 1C ist die gesamte Oberfläche der oberen Oberfläche 10a inklusive des Messfühlerbereichs 11 in der Oberfläche des Sensorchips 10 der Außenseite ausgesetzt, um den unabgedichteten Bereich zu bilden. Wie in 4 dargestellt, kann der Messfühlerbereich 11 in der oberen Oberfläche 10a der Außenseite ausgesetzt sein und ein umfangsseitiger Bereich davon kann durch das Dichtungsmittel 30 mittels der Lücke 40 abgedeckt sein. In diesem Fall ist der Messfühlerbereich 11 der Außenseite ausgesetzt und Messdatenerfassung durch den Messfühlerbereich 11 kann durchgeführt werden. Weiter kann das verdampfte Harz 50, wie vorhergehend beschrieben, abgelassen werden.
(Zweite Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform ist der Sensorchip 10 auf der oberen Oberfläche des Substrats 20 durch Flip-Chip-Bonden angebracht. Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Ausführungsform anstatt des Flip-Chip-Bondens Drahtbonden verwendet. Der Unterschied wird in der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Wie in 5A und 5B dargestellt, ist der Sensorchip 10 über der oberen Oberfläche des Substrats 20 angebracht, wobei die untere Oberfläche 10b vom Substrat 20 beabstandet und diesem gegenübergestellt ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Seitenoberfläche 10c und ein Teil der oberen Oberfläche 10a in direktem Kontakt mit dem Dichtungselement 30, so dass der Sensorchip 10 abgedichtet ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Messfühlerbereich 11 an der oberen Oberfläche 10a angeordnet und wird der Außenseite ausgesetzt. Jedoch ist in der vorliegenden Ausführungsform der Messfühlerbereich 11 näher an einem Endabschnitt (z. B. einem rechten Endabschnitt in 5A und 5B) der oberen Oberfläche 10a angeordnet. Das Dichtungselement 30 haftet fest an einem Abschnitt, der näher an dem anderen Endabschnitt (z. B. einem linken Endabschnitt in 5A und 5B) der oberen Oberfläche 10a ist, welche weiter weg von dem Messfühlerbereich 11 angeordnet ist.
Der Sensorchip 10 ist durch die Haftkraft des Dichtungselements 30, das fest an dem Sensorchip haftet, fixiert und ist beabstandet von der oberen Oberfläche des Substrats 20 angeordnet. Der Bereich des Sensorchips 10, der durch das Dichtungselement 30 fixiert ist, ist wie oben beschrieben in dem Bereich, der näher an dem anderen Endbereich der oberen Oberfläche 10a angeordnet ist, angeordnet. Das heißt, der Sensorchip 10 wird durch das Dichtungselement 30 auf eine Freiträger-Art und Weise getragen.
Wie in 5A und 5B dargestellt, haftet ein Teil der Seitenoberfläche 10c, welcher durch das Dichtungselement 30 abgedeckt ist, fest an dem Dichtungselement 30, und eine Lücke 40 wird zwischen dem anderen Teil der Seitenoberfläche 10c und dem Dichtungselement 30 zur Verfügung gestellt. Ein Raum zwischen der unteren Oberfläche 10b und der oberen Oberfläche des Substrats 20 öffnet sich in den Messfühlerbereich 11 der oberen Oberfläche 10a mittels der Lücke 40, und öffnet sich weiter zur Außenseite hin mittels des Messfühlerbereichs 11.
Ein Bonddraht 60 ist mit dem Bereich, der näher an dem anderen Endbereich der oberen Oberfläche 10a liegt, verbunden. Der Bonddraht 60 ist durch herkömmliche Gold- und Aluminiumdrahtbonden ausgebildet, und verbindet den Sensorchip 10 mit der oberen Oberfläche des Substrats 20. Somit ist der Sensorchip 10 elektrisch mit dem Substrat 20 verbunden. Der Bonddraht 60 als ein Bereich der elektrischen Verbindung ist durch das Dichtungselement 30 abgedichtet.
Als Nächstes wird eine Herstellungsmethode für eine in 5A und 5B dargestellte Sensorvorrichtung S2 anhand 6A bis 6C beschrieben. 6A bis 6C sind perspektivische Darstellungen der jeweiligen Prozesse.
Wie in 6A dargestellt, wird als erster Harzaufbringprozess das flüchtige Harz 50 an einer Stelle der oberen Oberfläche des Substrats 20, an welcher der Sensorchip 10 später angebracht wird, durch eine Ausführungsvorrichtung oder dergleichen aufgebracht. Bei dem Harz 50 kann es sich um das gleiche Harz, das in der ersten Ausführungsform verwendet wurde, handeln.
Anschließend wird, wie in 6B dargestellt, der Sensorchip 10 auf dem Harz 50 angebracht (Sensor-Chip-Anbringprozess). Dann wird durch Drahtbonden der Bonddraht 60 zwischen der oberen Oberfläche 10a des Sensorchips 10 und der oberen Oberfläche des Substrats 20 ausgebildet (Drahtbondprozess).
Als Nächstes wird, wie in 6C dargestellt, bei einem zweiten Harzaufbringprozess das Harz 50 auf der Seitenoberfläche 10c, jedoch nicht in dem Bereich, in dem die Bonddrähte 60 kreuzen, aufgebracht.
Beispielsweise hat der Sensorchip 10 mit seiner rechteckigen Plattenform vier Seitenoberflächen 10c. In der vorliegenden Ausführungsform kreuzt der Bonddraht 60 eine der vier Seitenoberflächen 10c. Somit wird das Harz 50 auf den anderen drei Seitenoberflächen 10c angeordnet.
Das auf die Seitenoberfläche 10c aufgebrachte Harz 50 bindet an dem Harz 50 unter der unteren Oberfläche 10b, welches in dem ersten Harzaufbringprozess aufgebracht wurde, dadurch ist das Harz 50 kontinuierlich von der unteren Oberfläche 10b zur Seitenoberfläche 10c hin angeordnet. Dadurch wird in den jeweiligen Harzaufbringprozessen das Harz 50 auf die Oberfläche des Sensorchips 10, jedoch nicht auf den Bereich, an welchem das Dichtungselement 30 haftet, aufgebracht.
Nach dem Aufbringen des Harzes 50 sind der Sensorchip 10 und die obere Oberfläche des Substrats 20 durch das Dichtungselement 30 abgedichtet. In einem Abdichtprozess der vorliegenden Ausführungsform ist der Messfühlerbereich 11 der unabgedichtete Bereich und die Seitenoberfläche 10c und der Abschnitt, der näher an dem anderen Endabschnitt der oberen Oberfläche 10a liegt, sind durch das Dichtungselement 30 bedeckt.
In der Oberfläche des Sensorchips 10, welcher durch das Dichtungselement 30 abgedeckt ist, haftet das Dichtungselement direkt an einem Teil der Seitenoberfläche 10c und dem Abschnitt, der näher an dem anderen Endabschnitt der oberen Oberfläche 10c liegt, auf welchem das Harz 50 nicht angeordnet ist, und das Dichtungselement bedeckt den anderen Teil der Seitenoberfläche 10c mittels des Harzes 50.
Das durch das Dichtungselement 30 im Abdichtprozess abgedichtete Harz 50 wird so ausgebildet, um mit der Außenseite und dem Messfühlerbereich 11 der oberen Oberfläche 10a zu kommunizieren. Somit wird, wenn das Dichtungselement 30 ausgehärtet ist und das Harz 50, um zu verdampfen, erhitzt wurde, nach dem Abdichtprozess das verflüchtigte Harz 50 in der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls durch den Messfühlerbereich 11 abgelassen.
Somit ist die Lücke 40 zwischen der Seitenoberfläche 10c und dem Dichtungselement 30 ausgebildet und der Bereich zwischen der unteren Oberfläche 10b und der oberen Oberfläche des Substrats 20 ist so ausgebildet, um die Sensorvorrichtung S2, wie in 5A und 5B dargestellt, auszubilden.
Das ausgehärtete Dichtungselement 30 haftet an dem Teil der Seitenoberfläche 10c und dem Bereich, der näher an dem anderen Endbereich der oberen Oberfläche 10a liegt, und der Sensorchip 10 wird durch die Haftkraft an der oberen Oberfläche des Substrats 20 fixiert. Demzufolge kann in der vorliegenden Ausführungsform der Sensorchip 10 am Substrat 20 fixiert werden, ohne ein Die-Bondmaterial wie beispielsweise Lot und leitendes Klebemittel zu verwenden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die durch das Dichtungselement 30 bedeckte Oberfläche des Sensorchips 10 vom Dichtungselement 30 beabstandet. Dadurch kann von dem Dichtungselement 30 auf den Sensorchip 10 ausgeübte Belastung soweit wie möglich reduziert werden. Weiter kann wie in der ersten Ausführungsform durch das Ausbilden des Messfühlerbereichs 11 des Sensorchips 10 als der unabgedichtete Bereich der Druckanstieg auf leichte Weise begrenzt werden.
Als Nächstes werden anhand der 7 und 8 eine erste und eine zweite Abwandlung der zweiten Ausführungsform beschrieben. Wie in 7 dargestellt, kann hinsichtlich der in 5B dargestellten Sensorvorrichtung S2 ein Die-Bondmaterial 70, wie beispielsweise Lot und leitendes Klebemittel des Weiteren zwischen der unteren Oberfläche 10b und der oberen Oberfläche des Substrats 20 angebracht werden. In diesem Fall wird die Haftkraft des Dichtungselements 30 zum Fixieren des Sensorchips 10 erlangt, und die Tragkraft in einer Freiträgerstruktur wie in 7 dargestellt, ist gewährleistet.
8 zeigt ein Beispiel, in dem die Sensorvorrichtung S2 auf eine Flip-Chip-Struktur angebracht wird. Wie in 8 dargestellt, haftet das Dichtungselement 30 an der Seitenoberfläche 10c und dem Bereich, der näher an dem anderen Endbereich der oberen Oberfläche 10a liegt, und die Elektrode 12 ist mit dem Substrat 20 an der unteren Oberfläche 10b in dem Abschnitt, in dem das Dichtungselement 30 haftet, verbunden. In dem in 8 dargestellten Beispiel ist der Sensorchip 10 durch die Haftkraft des Dichtungselements 30 fixiert, wodurch die Tragkraft in einer Freiträgerstruktur gewährleistet ist.
Die in 7 und 8 dargestellten Ausführungen können durch die folgenden Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise ist in den in 6A bis 6C dargestellten Prozessen das Die-Bondmaterial vor dem ersten Harzaufbringprozess der oberen Oberfläche des Substrats 20 aufgebracht bevor das Harz 50 darauf aufgebracht wird, oder die Elektrode 12 durchdringt das Harz 50, um nach dem ersten Harzaufbringprozess mit dem Substrat 20 verbunden zu sein.
In dem zweiten in 6C dargestellten Harzaufbringprozess wird das Harz 50 praktischerweise auf die Seitenoberfläche 10c aufgebracht. Des Weiteren kann das Harz 50 auf die gesamte Oberfläche der oberen Oberfläche 10a aufgebracht werden. In diesem Fall wird das Harz 50 zum Entfernen verdampft, und die Sensorvorrichtung S2 mit der in 5A und 5B dargestellten Ausführung wird erreicht.
In den 6A bis 6C dargestellten Prozessen wird der Drahtbondprozess nach dem ersten Harzaufbringprozess und dem Sensorchipanbringprozess ausgeführt. Anschließend wird der zweite Harzaufbringprozess ausgeführt. Jedoch kann die Reihenfolge von Drahtbondprozess und dem zweiten Harzaufbringprozess vertauscht werden. Das heißt, dass nach dem ersten Harzaufbringprozess und dem Sensorchipanbringprozess der zweite Harzaufbringprozess ausgeführt wird und anschließend der Drahtbondprozess ausgeführt wird.
(Dritte Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Sensorchip 10 auf der oberen Oberfläche des Substrats 20 durch Drahtbonden angebracht. Jedoch unterscheidet sich in der vorliegenden Ausführungsform eine freiliegende Ausbildung des Messfühlerbereichs 11 von der in der zweiten Ausführungsform. Der Unterschied wird anhand der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Wie in der zweiten Ausführungsform haftet das Dichtungselement 30 an einem Teil der Oberfläche des Sensorchips 10, so dass der Sensorchip 10 durch Haftkraft fixiert ist. Wie in 9A und 9B dargestellt, haftet das Dichtungselement 30 an der im Wesentlichen der ganzen Oberfläche der oberen Oberfläche 10a des Sensorchips 10, und der Sensorchip 10 wird getragen, wobei die untere Oberfläche 10b des Sensorchips 10 von der oberen Oberfläche des Substrats 20 beabstandet ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Messfühlerbereich 11 statt an der oberen Oberfläche 10a an der unteren Oberfläche 10b, die der oberen Oberfläche des Substrats 20 gegenüberliegt, angeordnet. Das Substrat 20 weist ein Durchgangsloch 21 auf, welches das Substrat 20 in dessen Dickenrichtung durchdringt. Das Durchgangsloch 21 ist an einem Abschnitt, auf dem der Sensorchip 10 angebracht ist, angeordnet, das heißt, ein Abschnitt in der oberen Oberfläche des Substrats 20, der der unteren Oberfläche 10b des Sensorchips 10 gegenüberliegt
Eine Öffnungsgröße des Durchgangslochs 21 ist kleiner als die planare Größe des Sensorchips 10. Das Durchgangsloch 21 durchdringt das Substrat 20 ausgehend von der oberen Oberfläche zu einer Oberfläche hin, die der oberen Oberfläche gegenüberliegt (eine untere Oberfläche des Substrats 20, dargestellt in 9B). Das Durchgangsloch 21 ist durch einen Bohrprozess mittels Pressen oder Ätzen ausgebildet. Eine Öffnungsform des Durchgangslochs 21 kann kreisförmig oder rechteckförmig sein, ist jedoch nicht darauf begrenzt.
Das Durchgangsloch 21 ist an einer Seite der oberen Oberfläche des Substrats 20 durch den Sensorchip 10 bedeckt. Der Messfühlerbereich 11 liegt der Außenseite durch das Durchgangsloch 21 an einer Seite der unteren Oberfläche des Substrats 20 gegenüber.
Wie vorhergehend beschrieben ist der Messfühlerbereich 11 in der vorliegenden Ausführungsform an der unteren Oberfläche 10b angeordnet, wobei die untere Oberfläche 10b den Messfühlerbereich 11 beinhaltet und ein freiliegender Abschnitt ist, der der Außenseite durch das Durchgangsloch ausgesetzt ist. Dadurch kann in der vorliegenden Ausführungsform die Messdatenerfassung durch den Messfühlerbereich 11, der der Außenseite als unabgedichteter Abschnitt ausgesetzt ist, erfolgen.
Der Bonddraht 60 verbindet die obere Oberfläche 10a mit der oberen Oberfläche des Substrats 20. Der Bonddraht 60 streckt sich von der oberen Oberfläche 10a zur oberen Oberfläche des Substrats 20, wobei er über die Seitenoberfläche 10c verläuft.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Bonddraht 60 gänzlich durch das Dichtungselement 30 abgedichtet, und die Seitenoberfläche 10c und das Dichtungselement 30, welches die Seitenoberfläche 10c bedeckt, sind mit der dazwischen befindlichen Lücke 40 angeordnet. Die Lücke 40 öffnet sich zur Außenseite mittels eines Raums zwischen der unteren Oberfläche 10b und der oberen Oberfläche des Substrats 20 und dem Durchgangsloch 21.
Als Nächstes wird ein Herstellverfahren einer Sensorvorrichtung S3, wie sie in 9A und 9B dargestellt ist, mit Bezug auf 10A bis 10C erläutert. 10A bis 10C sind Perspektivdarstellungen der jeweiligen Prozesse.
Wie in 10A dargestellt, wird das Durchgangsloch an der Stelle der oberen Oberfläche des Substrats 20, an welcher der Sensorchip 10 angebracht wird, ausgebildet. Anschließend wird als erster Harzaufbringprozess das verflüchtigende Harz 50 auf einen umfassenden Bereich, beispielsweise einen Kantenbereich des Durchgangslochs 21 an der oberen Oberfläche des Substrats 20, aufgebracht. Dann wird der Sensorchip 10 auf dem Harz 50 angebracht, so dass das Durchgangsloch 21 durch den Sensorchip 10 bedeckt ist.
Als Nächstes wird, wie in 10B dargestellt, als zweiter Harzaufbringprozess das Harz 50 auf die Seitenoberfläche 10c aufgebracht. In diesem Fall ist das Harz 50 an den vier Seitenoberflächen 10c des rechteckig plattenförmigen Sensorchips 10 angeordnet.
Somit ist das Harz 50, das im ersten und zweiten Harzaufbringprozess aufgebracht wird, kontinuierlich von der unteren Oberfläche 10b bis zur Seitenoberfläche 10c angeordnet und liegt von der Seite der oberen Oberfläche des Substrats 20 der Außenseite durch das Durchgangsloch 21 gegenüber.
Anschließend wird, wie in 10C dargestellt, der Drahtbondprozess zwischen der oberen Oberfläche 10a und der oberen Oberfläche des Substrats 20, um einen Bonddraht auszubilden, ausgeführt. Der zweite Harzaufbringprozess kann nach dem Drahtbondprozess ausgeführt werden. In diesem Fall ist das Harz 50 zwischen benachbarten Bonddrähten angeordnet oder das Harz 50 ist nicht an der Seitenoberfläche 10c, über die die Bonddrähte kreuzen, angeordnet, um zu vermeiden, dass der Harzfilm 50 an den Bonddrähten 60 haftet.
Anschließend werden der Sensorchip 10 und die obere Oberfläche des Substrats 20 durch das Dichtungselement 30 abgedichtet. Der Sensorchip 10 ist so angeordnet, dass der Messfühlerbereich 11 auf der unteren Oberfläche 10b durch das Durchgangsloch 21 des Substrats 20 gegenüber der Außenseite freiliegt, wodurch der Messfühlerbereich 11 zum unabgedichteten Bereich wird.
Das Dichtungselement 30 wird ausgehärtet und das Harz 50 wird zum Verdampfen erhitzt. Wie vorhergehend beschrieben wird, da das Harz 50 durch das Durchgangsloch 21 gegenüber der Außenseite freiliegt, das verdampfte Harz 50 von dem Durchgangsloch 21 mittels des Messfühlerbereichs 11 auf der unteren Oberfläche 10b abgelassen.
Somit sind die Lücke 40 zwischen der Seitenoberfläche 10c und dem Dichtungselement 30 und der Raum zwischen der unteren Oberfläche 10b und dem Substrat 20 ausgebildet, wodurch die in 9A und 9B dargestellte Sensorvorrichtung S3 ausgebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform kann ebenso durch die Beabstandung der Oberfläche des Sensorchips 10 und dem Dichtungselement 30 Belastung wie vorhergehend beschrieben, reduziert werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, obwohl der Sensorchip 10 durch das Dichtungselement 30 an der Seite der oberen Oberfläche des Substrats 20 komplett abgedichtet ist, das verdampfte Harz 50 von der Seite der unteren Oberfläche des Substrats 20 durch das Durchgangsloch 21 abgelassen. Somit kann auf leichte Art und Weise die Druckerhöhung im Dichtungselement 30 aufgrund des sich verflüchtigenden Harzes 50 eingeschränkt werden.
Mit Bezug auf 11 wird nachfolgend eine Abwandlung der dritten Ausführungsform beschrieben. Wie in 11 dargestellt, kann hinsichtlich der Sensorvorrichtung S3 aus 9B das Die-Bondmaterial 70 des Weiteren zwischen der unteren Oberfläche 10b und der oberen Oberfläche des Substrats 20 angebracht werden. Ist dies der Fall kann, wie beispielsweise in dem in 10A dargestellten Prozess, nachdem das Die-Bondmaterial 70 an der oberen Oberfläche des Substrats 20 angebracht ist, das Harz 50 so angebracht werden, dass es nicht in Kontakt mit dem Die-Bondmaterial 70 ist.
(Vierte Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform ist wie in der dritten Ausführungsform der Messfühlerbereich 11 durch das Durchgangsloch 21 des Substrats 20 gegenüber der Außenseite freiliegend. Jedoch wird der Sensorchip 10 durch Flip-Chip-Bonden an der oberen Oberfläche des Substrats 20 angebracht. Der Unterschied wird anhand der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Wie in 12B dargestellt, beinhaltet der Sensorchip 10 den Messfühlerbereich 11 und die Elektrode 12 auf der unteren Oberfläche 10b, die dem Substrat 20 gegenüberliegt, und ist mittels der Elektrode 12 auf der oberen Oberfläche des Substrats 20 angebracht. Der Sensorchip 10 ist mittels der Elektrode 12 elektrisch und mechanisch mit dem Substrat 20 verbunden.
Der Sensorchip 10 wird mittels der Elektrode 12 von dem Substrat 20 getragen. Wie in der dritten Ausführungsform haftet das Dichtungselement 30 an der oberen Oberfläche 10a, so dass der Sensorchip 10 durch die Haftkraft des Dichtungselements 30 fixiert ist.
Eine Sensorvorrichtung S4 der vorliegenden Erfindung kann aus der Sensorvorrichtung S3 erlangt werden, indem der Bonddraht 60 der Sensorvorrichtung S3 durch die Elektrode 12 ersetzt wird. Bei anderen Anordnungen, beispielsweise einer Dichtungsanordnung des Dichtungselements 30 inklusive der Lücke 40 oder dem Raum, weisen die gleichen räumlichen Beziehungen zwischen dem Durchgangsloch 21 und dem Messfühlerbereich wie die dritte Ausführungsform auf.
Als Nächstes wird ein Herstellverfahren für die Sensorvorrichtung S4 gemäß 12A und 12B anhand von 13A und 13B erläutert. 13A und 13B sind perspektivische Darstellungen der jeweiligen Prozesse.
Als Erstes wird, wie in 13A dargestellt, als erster Harzaufbringprozess das Harz auf die obere Oberfläche des Substrats 20, welche das Durchgangsloch 21 wie vorhergehend beschrieben aufweist, aufgebracht. Des Weiteren wird der Sensorchip 10 mit der Elektrode 12 an seiner unteren Oberfläche 10b vorbereitet. Der Sensorchip 10 wird auf dem Harz 50 angebracht, wobei die untere Oberfläche 10b der oberen Oberfläche des Substrats 20 gegenüberliegt und das Durchgangsloch 21 durch den Sensorchip 10 bedeckt ist. Der Sensorchip 10 kann so angebracht sein, dass die Elektrode 12 das Harz 50 durchtritt, um mit dem Substrat 20 verbunden zu werden.
Als Nächstes wird, wie in 13B dargestellt, als zweiter Harzaufbringprozess das Harz 50 wie vorhergehend beschrieben auf die Seitenoberfläche 10c aufgebracht. Auf diese Weise wird der Sensorchip 10 so angebracht, dass die untere Oberfläche 10b mit dem Messfühlerbereich 11 durch das Durchgangsloch 11 als der unabgedichtete Bereich gegenüber der Außenseite freiliegend ist, und das Harz 50 ist so angeordnet, dass es durch das Durchgangsloch 21 gegenüber der Außenseite freiliegend ist.
Anschließend werden der Sensorchip 10 und die obere Oberfläche des Substrats 20 durch das Dichtungselement 30 abgedichtet. Als Nächstes wird das Dichtungselement 30 ausgehärtet und das Harz wird, um zu verdampfen, erhitzt. Das verdampfte Harz 50 wird durch das Durchgangsloch 21 abgelassen, so dass sich die Lücke 40 zwischen der Seitenoberfläche 10c und dem Dichtungselement 30 und der Raum zwischen der unteren Oberfläche 10b und dem Substrat 20 sich ausbilden.
Dadurch ist die Sensorvorrichtung S4, wie in 12A und 12B dargestellt, ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform wird ebenso durch die Beabstandung der Oberfläche des Sensorchips 10 und dem Dichtungselement 30 Belastung, wie vorhergehend beschrieben, reduziert. Des Weiteren kann der Druckanstieg im Dichtungselement 30, wenn das Harz 50 verdampft, durch das Durchgangsloch 21 eingeschränkt werden.
Eine Abwandlung der vierten Ausführungsform wird in Bezug auf 14 erläutert. Wie in 14 dargestellt, wird weiter mit Bezug auf die in 12B dargestellte Sensorvorrichtung S4 die Lücke 40 zwischen der oberen Oberfläche 10a und dem Dichtungselement 30, welches die obere Oberfläche 10a bedeckt, bereitgestellt.
Das heißt, dass mit der Sensorvorrichtung S1, die in 1B dargestellt ist, die gesamte Oberfläche des Sensorchips 10, welcher durch Flip-Chip-Bonden angebracht wird, im Wesentlichen nicht in Kontakt mit dem Dichtungselement 30 ist. Da der Sensorchip 10 durch das Substrat mittels der Elektrode 12 getragen wird, muss der Sensorchip 10 nicht durch die Haftkraft des Dichtungselements 30 fixiert werden.
Durch das Aufbringen des Harzes 50 auf die obere Oberfläche 10a zusätzlich zur Seitenoberfläche 10c im zweiten Harzaufbringprozess, wie in 13B dargestellt, ist die Sensorvorrichtung gemäß 14 ausgebildet.
Des Weiteren kann in der in 14 gezeigten Sensorvorrichtung der Messfühlerbereich 11 an der oberen Oberfläche 10a angeordnet sein. In diesem Fall kommuniziert der Messfühlerbereich 11 mit der Außenseite durch das Durchgangsloch 21. Dadurch kann die Erfassung eines Drucks von der Außenseite oder dergleichen angemessen durchgeführt werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von den vorhergehend erläuterten Ausführungsformen dadurch, dass der unabgedichtete Abschnitt, von welchem das verdampfte Harz 50 abgelassen wird, an einer anderen Stelle als dem Messfühlerbereich 11 an der Oberfläche des Sensorchips 10 angeordnet ist.
Wie bei dem Beispiel gemäß 5B ist bei einem Beispiel gemäß 15A der Messfühlerbereich 11 an der oberen Oberfläche 10a des Sensorchips 10 angeordnet, der Sensorchip 10 wird auf dem Substrat 20 durch Haftkraft zwischen der oberen Oberfläche 10a und dem Dichtungselement 30 fixiert, und der Sensorchip 10 ist durch Drahtbonden angebracht.
In der in 15A und 15B dargestellten vorliegenden Ausführungsform ist ein umfassender Bereich des Messfühlerbereichs 11 in der oberen Oberfläche 10a mittels einer Öffnung 32, die im Dichtungselement 30 vorgesehen ist, gegenüber der Außenseite freiliegend, das heißt, dass der umfassende Bereich der unabgedichtete Bereich ist.
Die Öffnung 32 ist direkt über dem umfassenden Bereich in der oberen Oberfläche 10a und der Seitenoberfläche 10c, welche an den umfassenden Bereich angrenzt, vorgesehen. Der umfassende Bereich und die Seitenoberfläche 10c liegen der Außenseite durch die Öffnung 32 gegenüber. Die Lücke 40 zwischen der Seitenoberfläche 10c und dem Dichtungselement 30 kommuniziert mittels der Öffnung 32 mit der Außenseite.
Der Messfühlerbereich 11 des Sensorchips 10 ist durch eine weitere Öffnung 31 gegenüber der Außenseite freiliegend, wobei die Öffnung 31 in einem Bereich des Dichtungselements 31 direkt über dem Messfühlerbereich 11 angeordnet ist. Jedoch kommuniziert der Messfühlerbereich 11 nicht mit der Lücke 40. Das heißt, die Öffnung 31 wird verwendet, um den Messfühlerbereich 11 gegenüber der Außenseite freizulegen, wird jedoch nicht verwendet, um verdampftes Harz abzulassen.
Ein Herstellungsverfahren einer Sensorvorrichtung S5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend erläutert. Beispielsweise wird gemäß dem Herstellungsverfahren, welches in 6A bis 6C dargestellt ist, das Harz 50 auf das Substrat 20 aufgebracht, der Sensorchip 10 wird auf dem Substrat 20 angebracht, das Drahtbonden wird durchgeführt, das Harz 50 wird auf die Seitenoberfläche 10c des Sensorchips 10 aufgebracht, und anschließend werden diese Komponenten durch das Dichtungselement 30 abgedichtet, so dass die Öffnungen 31 und 32 ausgebildet sind.
Hierauf wird das Dichtungselement 30 ausgehärtet und das Harz 50 verflüchtigt, so dass das sich verflüchtigende Harz 50 auf der der Seitenoberfläche 10c durch die Oberfläche des Sensorchips 10 als der unabgedichtete Bereich hindurchtritt und von der Öffnung 32 abgelassen wird.
Dadurch ist die Lücke 40 ausgebildet, wodurch man die Sensorvorrichtung S5 der vorliegenden Ausführungsform erhält. In der vorliegenden Ausführungsform kann durch das Dichtungselement 30 auf den Sensorchip 10 ausgeübte Belastung ebenfalls reduziert werden und der Druckanstieg beim Verdampfen des Harzes 50 im Dichtungselement 30 kann, eingeschränkt werden.
In dem in 15A und 15B gezeigten Beispiel kann das Flip-Chip-Bonden anstelle des Drahtbondens angewandt werden. Des Weiteren kann der Sensorchip 10 durch das Die-Bondmaterial 70 ohne die Verwendung der Haftkraft des Dichtungselements 30 fixiert werden.
In der vorliegenden Erfindung kann eine andere Komponente als der Messfühlerbereich 11 als der unabgedichtete Bereich in der Oberfläche des Sensorchips 10 verwendet werden. Beispielsweise kann wie in 15A und 15B der Messfühlerbereich an der unteren Oberfläche 10b angeordnet sein.
Weiter wird in der vorliegenden Ausführungsform durch das Vorsehen der Öffnung 32 am Dichtungselement 30 der unabgedichtete Bereich, bei dem es sich nicht um den Messfühlerbereich 11 handelt, ausgebildet. Jedoch kann, wie in 9A bis 14 dargestellt, der unabgedichtete Bereich, bei dem es sich nicht um den Messfühlerbereich 11 handelt, durch das Vorsehen des Durchgangsloch 21 ein Substrat 20 ausgebildet werden. Bei einem Beispiel für diesen Fall ist der Messfühlerbereich 11 in dem Beispiel der 14 auf der oberen Oberfläche 10a angeordnet. In diesem Fall wird die untere Oberfläche 10b ohne den Messfühlerbereich 11 der unabgedichtete Bereich.
(Weitere Ausführungsformen)
Obwohl flüchtiges Harz in den vorhergehend genannten Ausführungsformen als das Harz 50 verwendet wird, kann Schaumharz 51 wie beispielsweise schäumbares Polystyren verwendet werden. In diesem Fall wird das Harz 50 zum Schäumen nach dem Abdichten durch das Dichtungselement 30 erhitzt, so dass aus dem aufgeschäumten Abschnitt die Lücke 40 zwischen dem Dichtungselement 30 und einem Bereich in der Oberfläche des Sensorchips 10, der durch das Dichtungselement 30 bedeckt ist, wird. Somit kann der gleiche Effekt wie durch die Verwendung von flüchtigem Harz erreicht werden. Wie in 16A bis 20 dargestellt, kann das Schaumharz 51 anstelle des flüchtigen Harzes 50 angeordnet sein. Es ist zu beachten, dass ein Bezugszeichen 52 in den 16C und 16D sich auf das Unterfüllharz bezieht.
Obwohl ein Druck im Dichtungselement 30 durch Verflüchtigen oder Ausdehnen des Harzes 50 erhöht werden kann, muss der vorhergehend beschriebene unabgedichtete Bereich nicht bereitgestellt werden. Das heißt, dass, solange die Lücke 40 zwischen dem Sensorchip 10 und dem Dichtungselement 30 vorgesehen ist, beispielsweise der Sensorchip 10 vollkommen durch das Dichtungselement 30 abgedeckt sein kann. In diesem Fall wird auf der Außenseite des Dichtungselements 30 ein Vakuum erzeugt, so dass der Druck im Dichtungselement 30 abgelassen werden kann.
Bei den Herstellungsverfahren jeder der vorhergehenden Ausführungsformen kann ein Prozess angewandt werden, bei dem die Sensorvorrichtung auf einem Wafer ausgebildet wird und danach der Wafer durch Die-Schneiden bearbeitet wird. In diesem Fall kann das Harz 50 durch einen Spin-Coater der dergleichen im Harzaufbringprozess aufgebracht werden.
Wenn nötig, kann als Harz 50 ein Harzfilm aus flüchtigem Harz aufgebracht werden. Ein Beispiel für ein Schaum-Filmharz ist REVALPHA (eingetragene Marke), bei dem es sich ein thermisches, schaumartiges, klebendes Band handelt, welches von der Nitto Denko Corporation hergestellt wird.
Bei den vorhergehend erläuterten Ausführungsformen befindet sich das Dichtungselement 30 gegenüber der Oberfläche des Sensorchips 10, welcher durch das Dichtungselement 30 bedeckt ist, wobei sich dazwischen die Lücke 40 befindet. Die Lücke 40 ist durch einen verbleibenden Platz, der im Herstellungsprozess, nachdem das Harz 50 entfernt wurde, verbleibt. Dadurch kann durch das Anpassen einer Position, einer Anordnung oder dergleichen des Harzes 50 eine Position und eine Anordnung der Lücke 40 angemessen modifiziert werden.
Zusammenfassend wird bei einem Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung ein Sensorchip 10 auf dessen Oberfläche ein Messfühlerbereich ausgebildet ist auf einer Oberfläche eines Substrats 20 angebracht, und ein Harz 50 mit einer flüchtigen Eigenschaft wird auf der Oberfläche des Sensorchips 10 angeordnet, wodurch diese bedeckt ist. Anschließend werden der Sensorchip 10 und das Substrat 20 durch ein Dichtungselement 30 abgedichtet. Als nächstes wird das Dichtungselement 30 ausgehärtet und das Harz 50 zum Verdampfen erhitzt, so dass eine Lücke 40 zwischen einem bedeckten Bereich in der Oberfläche des Sensorchips 10, welche durch das Dichtungselement 30 abgedeckt ist, und dem Dichtungselement 30 ausgebildet wird.
Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollte so ausgelegt werden, dass die darin beschriebenen Ausführungsformen in jeder Hinsicht zur Veranschaulichung dienen, nicht jedoch zur Einschränkung. Es ist vorgesehen, dass die Erfindung unterschiedliche Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Zusätzlich sind zu den bevorzugten Kombinationen und Anordnungen andere Kombinationen und Anordnungen vorgesehen, die mehr oder weniger als ein einzelnes Element beinhalten, und ebenso Teil des Erfindungsgedanken und des Schutzumfangs sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 8-159897 A [0004, 0004, 0007]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung, die einen Sensorchip (10) aufweist, auf dessen Oberfläche ein Messfühlerbereich (11) angeordnet ist, wobei der Messfühlerbereich (11) ausgebildet ist, um, wenn eine mechanische Größe auf den Messfühlerbereich (11) einwirkt, versetzt zu werden, um die mechanische Größe basierend auf der Versetzung zu erfassen, umfassend: Anbringen des Sensorchips (10) auf einer ersten Oberfläche eines Substrats (20); Anordnen eines Harzes (50, 51) mit mindestens entweder einer flüchtigen oder einer schäumbaren Eigenschaft auf der Oberfläche des Sensorchips (10), wodurch die Oberfläche des Sensorchips (10) bedeckt wird; Abdichten des Sensorchips (10), der durch das Harz bedeckt ist, und des Substrats (20) durch ein Dichtungselement (30), nachdem die Oberfläche des Sensorchips (10) bedeckt wurde; und Aushärten des Dichtungselements (30), und Erhitzen des Harzes (50, 51) zum Verflüchtigen oder Aufschäumen des Harzes (50, 51) nach dem Abdichten des Sensorchips (10) und des Substrats (20), so dass eine Lücke (40) zwischen einem bedeckten Bereich in der Oberfläche des Sensorchips (10), welche durch das Dichtungselement (30) bedeckt ist, und dem Dichtungselement (30) ausgebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz (50) die flüchtige Eigenschaft aufweist; ein Bereich der Oberfläche des Sensorchips (10) als ein unabgedichteter Bereich (11) verwendet wird, der nicht durch das Dichtungselement (30) abgedichtet ist; und der Sensorchip (10) und das Substrat (20) abgedichtet sind, so dass das Harz (50) mit einer Außenseite mittels des unabgedichteten Bereichs (11) kommuniziert, und das Harz (50) zum Verflüchtigen erhitzt wird und das verflüchtigte Harz (50) nach dem Abdichten von dem unabgedichteten Bereich (11) abgelassen wird, so dass die Lücke (40) zwischen dem abgedeckten Bereich in der Oberfläche des Sensorchips (10) und dem Dichtungselement (30) ausgebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, weiter umfassend: Anordnen des Harzes (50) in einem Bereich der ersten Oberfläche des Substrats (20), auf der der Sensorchip (10) angebracht wird, vor dem Anbringen des Sensorchips (10), wobei nachdem das Harz (50) angeordnet ist, der Sensorchip (10) auf dem Harz (50) angebracht wird, und eine Fläche des abgedeckten Bereichs in der Oberfläche des Sensorchips (10) durch das Dichtungselement (30) abgedichtet wird, ohne durch das Harz (50) abgedeckt zu sein, so dass der Sensorchip (10) an der ersten Oberfläche des Substrats (20) durch eine Haftkraft des Dichtungselements (30), das an der Oberfläche des Sensorchips (10) haftet, die nicht durch das Harz (50) abgedeckt ist, fixiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, weiter umfassend: Ausbilden eines Durchgangsloches (21) an einer Stelle der ersten Oberfläche des Substrats (20), auf der der Sensorchip angebracht wird, wobei das Durchgangsloch (21) eine Öffnungsgröße aufweist, die kleiner als eine Größe des Sensorchips (10) ist und das Substrat (20) ausgehend von der ersten Oberfläche bis zu einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Oberfläche durchdringt; der Sensorchip (10) so angebracht ist, dass das Durchgangsloch (21) durch den Sensorchip (10) abgedeckt ist und der unabgedichtete Bereich (11) durch das Durchgangsloch (21) der Außenseite gegenübersteht; und das Harz (50) so angeordnet ist, dass es mit der Außenseite durch das Durchgangsloch (21) ausgehend von einer Seite der ersten Oberfläche des Substrats (20) kommuniziert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der unabgedichtete Bereich (11) für den Messfühlerbereich (11) verwendet wird, und der Messfühlerbereich (11) der Außenseite ausgesetzt ist.
Eine Sensorvorrichtung aufweisend: ein Substrat (20); einen Sensorchip (10) mit einem auf der Oberfläche des Sensorchips (10) ausgebildeten Messfühlerbereich (11), der so ausgebildet ist, dass er, wenn eine mechanische Größe auf den Messfühlerbereich (11) einwirkt, versetzt wird, und der Sensorchip (10) auf einer Oberfläche des Substrats (20) angebracht ist; und ein Dichtungselement (30), das den Sensorchip (10) und das Substrat (20) abdeckt, wobei das Dichtungselement (30) so angeordnet ist, dass es durch eine Lücke (40) von einem abgedeckten Bereich in der Oberfläche des Sensorchips (10), der durch das Dichtungselement bedeckt ist, beabstandet ist.