DE102010064108A1

DE102010064108A1 - Verfahren zur Verpackung eines Sensorchips und dermaßen hergestelltes Bauteil

Info

Publication number: DE102010064108A1
Application number: DE102010064108A
Authority: DE
Inventors: Lutz Rauscher; Uwe Hansen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-06-28
Also published as: CN102530835A; US20120161260A1

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung werden Maßnahmen vorgeschlagen, die eine kostengünstige Verpackung von Sensorchips mit einem Medienzugang ermöglichen. Dazu wird der Sensorchip (1) zunächst auf einem Träger (7) montiert und kontaktiert. Dann wird der Sensorchip (1) zumindest teilweise in eine Moldmasse (3) eingebettet. Schließlich wird zumindest ein Abschnitt des Medienzugangs durch nachträgliche Strukturierung der Moldmasse erzeugt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft die Verpackung von Sensorchips, die einen Medienzugang benötigen. Dabei kann es sich um Drucksensoren oder deren spezielle Ausführung als Mikrofon handeln aber auch um optische Sensoren zur Gasanalyse, wie z. B. einen CO₂-Gas-Detektor, oder thermische Sensoren zur Temperatur- und Wärmestrommessung, sogenannte Thermopiles.
Die Verpackung soll den Sensorchip gegen mechanische und chemische Umwelteinflüsse schützen. Außerdem bestimmt die Art der Verpackung bzw. des Gehäuses, wie der Sensorchip am Einsatzort montiert und kontaktiert werden kann. Dementsprechend sind aus der Praxis verschiedenste Verpackungsvarianten für Sensorchips bekannt.
Im Fall eines MEMS-Mikrofonbauelements übernimmt das Gehäuse zudem einen Teil der Mikrofonfunktionalität, da sowohl der akustische Anschluss als auch das Rückseitenvolumen der Mikrofonmembran maßgeblich durch die Ausgestaltung des Gehäuses bestimmt werden. Da die Verpackung einen wesentlichen Einfluss auf das Übertragungsverhalten eines MEMS-Mikrofons hat, handelt es sich bei den bekannten Verpackungsvarianten für Mikrofonchips meist um relativ komplexe und kostenintensive Speziallösungen.
Offenbarung der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung werden Maßnahmen vorgeschlagen, die eine kostengünstige Verpackung von Sensorchips mit einem Medienzugang ermöglichen.
Dazu sieht das erfindungsgemäße Verpackungskonzept vor, den Sensorchip zunächst auf einem Träger zu montieren und dort zu kontaktieren. Der Sensorchip wird dann zumindest teilweise in eine Moldmasse eingebettet. Erst danach wird zumindest ein Abschnitt des Medienzugangs durch nachträgliche Strukturierung der Moldmasse erzeugt.
Moldgehäuse haben sich in der Praxis als äußerst robust und einfach in der Herstellung erwiesen. Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, dieses Verpackungskonzept auch auf Sensorchips anzuwenden, die einen Medienzugang benötigen. Erfindungsgemäß ist nämlich erkannt worden, dass sich ein solcher Medienzugang in einem Moldgehäuse zumindest abschnittsweise mit Standardverfahren realisieren lässt, wie sie zum Erzeugen von Gehäuse-Durchkontaktierungen, sogenannten Through-Mold-Vias (TMV), eingesetzt werden. Erst die Anwendung dieser in einem völlig anderen technischen Kontext entwickelten Strukturierungsverfahren ermöglicht die kostengünstige Realisierung eines Moldgehäuses für die hier in Rede stehenden Sensorchips.
Der Medienzugang kann einfach durch Aufbohren der Moldmasse erzeugt werden oder auch mit Hilfe eines Laser-Strukturierungsverfahrens, wie es im Rahmen des TMV-Prozesses eingesetzt wird. Im Unterschied zum TMV-Prozess, bei dem ein Mold-Substrat mit Durchgangsöffnungen versehen wird, soll die Moldmasse der Sensorchip-Verpackung bei der Erzeugung eines Medienzugangs lediglich bis zu einer vorgegebenen Tiefe strukturiert werden. Als definierte Begrenzung für die Laserstrukturierung wird vorteilhafterweise eine Metallisierung in die Verpackung integriert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren..
1a bis 1c veranschaulichen den Aufbau einer ersten erfindungsgemäßen Sensorchip-Verpackung anhand von schematischen Schnittdarstellungen, und
2a bis 2d veranschaulichen den Aufbau einer zweiten erfindungsgemäßen Sensorchip-Verpackung anhand von schematischen Schnittdarstellungen.
Ausführungsformen der Erfindung
Die beiden nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich jeweils auf die Verpackung eines MEMS-Mikrofonchips mit einer Mikrofonmembran, die an einen Schallzugangskanal in der Verpackung angeschlossen sein muss.
1a zeigt einen solchen Mikrofonchip 1, nachdem er face-up, also mit der Bauelementrückseite auf einem flächigen Träger 2 montiert worden ist und mit Hilfe von Drahtbonds 4 elektrisch kontaktiert worden ist. Im vorliegenden Fall ist bereits ein erster Abschnitt 51 eines Schallzugangskanals 5 innerhalb des Trägers 2 ausgebildet. Dieser Abschnitt 51 des Schallzugangskanals 5 verläuft parallel zur Trägerebene und mündet in einer Öffnung 50 in der Trägeroberfläche. Der Mikrofonchip 1 ist so auf dem Träger 2 angeordnet, dass die Mikrofonmembran 11 direkt über der Öffnung 50 positioniert ist. Außerdem ist in 1a zu erkennen, dass der Bodenbereich des ersten Abschnitts 51 des Schallzugangskanals 5 zumindest in einem Bereich seitlich neben dem Mikrofonchip 1 mit einer Metallisierung 6 versehen ist.
Nachdem der Mikrofonchip 1 auf dem so präparierten Träger 2 montiert und kontaktiert worden ist, wird er zusammen mit den Drahtbonds 4 in eine für die Bestimmung des Mikrofonpackages geeignete Moldmasse 3 eingebettet. Dabei muss ein gegen die Schallzuführung abgeschlossenes Rückseitenvolumen für die Mikrofonmembran 11 geschaffen werden. 1b zeigt das Mikrofonpackage nach dem Moldprozess, wobei das Rückseitenvolumen hier nicht im Detail dargestellt ist.
Erst danach wird die bereits ausgehärtete Moldmasse 3 strukturiert, um den Schallzugangskanal 5 freizulegen. Dazu wird eine Bohrung 52 in die Moldmasse 3 eingebracht, die von der Oberseite des Packages ausgeht und bis in den ersten Abschnitt 51 des Schallzugangskanals 5 im Träger 2 mündet. Die Bohrung 52 wird im hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Laser-Strukturierungsverfahrens hergestellt, wie es zum Erzeugen von Through-Mold-Vias bei Package-on-Package-Gehäusen verwendet wird. Die Metallisierung 6 des Schallzugangskanalabschnitts 51 im Mündungsbereich der Bohrung 52 bildet eine Stoppschicht für die Laserstrukturierung und stellt somit eine Tiefenbegrenzung für die Bohrung 52 dar. Die Bohrung 52 bildet dann zusammen mit dem Abschnitt 51 den Schallzugangskanal 5 des Mikrofonpackages 10, was in 1c dargestellt ist.
Wie bei der voranstehend beschriebenen ersten Verpackungsvariante wird der Mikrofonchip 1 auch bei der in den 2a bis 2d dargestellten zweiten Verpackungsvariante face-up auf einem flächigen Träger 7 montiert und mit Hilfe von Drahtbonds 4 elektrisch kontaktiert. Allerdings soll der Schall hier auf die Oberseite der Mikrofonmembran 11 geführt werden. Dementsprechend wird hier – im Unterschied zu der ersten Verpackungsvariante – kein speziell präparierter und bereits strukturierter Träger benötigt. Vielmehr werden alle Abschnitte des Schallzugangskanals 8 in der den Mikrofonchip 1 umhüllenden Moldmasse 3 erzeugt.
Dazu wird der Träger 7 in einem Bereich neben der Montagefläche des Mikrofonchips 1 mit einer Metallisierung 6 versehen. Nach der Montage des Mikrofonchips 1 wird dann eine Schicht eines chemisch desorbierenden Polymers 9 auf den bestückten Träger 7 aufgebracht, die sich einerseits über die Metallisierung 6 und andererseits bis über die Mikrofonmembran 11 des Mikrofonchips 1 erstreckt, was in 2a dargestellt ist. Diese Polymerschicht 9 fungiert als „Platzhalter” für einen ersten Abschnitt 81 des Schallzugangskanals 8.
Danach wird der Mikrofonchip 1 zusammen mit den Drahtbonds 4 in eine für die Bestimmung des Mikrofonpackages geeignete Moldmasse 3 eingebettet. Das Rückseitenvolumen 12 ist hier zwischen der Mikrofonmembran 11 und dem Träger 7 eingeschlossen, was durch 2b veranschaulicht wird.
Wie im Fall der ersten Verpackungsvariante wird der Schallzugangskanal 8 durch Laser-Strukturieren der bereits ausgehärtete Moldmasse 3 freigelegt, indem eine Bohrung 82 in die Moldmasse 3 eingebracht wird. Diese Bohrung 82 geht von der Oberseite des Packages aus und erstreckt sich bis zur Metallisierung 6 auf der Trägeroberfläche, was in 2c dargestellt ist.
2d zeigt das Mikrofonpackage nach einem Desorptionsschritt, bei dem das Polymer 9 entfernt wurde. Dabei wurde der Abschnitt 81 freigelegt, der nun zusammen mit der Bohrung 82 den Schallzugangskanal 8 des Mikrofonpackages 20 bildet.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Verpackung mit Medienzugang für einen Sensorchip, insbesondere für einen MEMS-Mikrofonchip, • bei dem der Sensorchip (1) auf einem Träger (2) montiert und kontaktiert wird, • bei dem der Sensorchip (1) zumindest teilweise in eine Moldmasse (3) eingebettet wird und • bei dem zumindest ein Abschnitt (52) des Medienzugangs (5) durch nachträgliche Strukturierung der Moldmasse (3) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt (52) des Medienzugangs (5) als Bohrung in der Moldmasse (3) realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallisierung (6) in die Verpackung integriert wird und dass zumindest ein Abschnitt (52) des Medienzugangs (5) durch Laserstrukturierung der Moldmasse (3) erzeugt wird, wobei die Metallisierung (6) als Tiefenbegrenzung für die Strukturierung dient.
Bauteil mit einem Sensorchip (1), insbesondere mit einem MEMS-Mikrofonchip, mindestens umfassend • einen Träger (2), auf dem der Sensorchip (1) montiert und kontaktiert ist, • eine Moldmasse (3), in die der Sensorchip (1) zumindest teilweise eingebettet ist, und • einen Medienzugang (5) zum Sensorchip; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt (52) des Medienzugangs (5) durch eine nachträgliche Strukturierung der Moldmasse (3) erzeugt ist.
Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt (52) des Medienzugangs (5) in die Moldmasse (3) gebohrt ist.
Bauteil nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt (52) des Medienzugangs (5) auf eine in die Verpackung integrierte Metallisierung (6) mündet.
Bauteil gemäß einer der Ansprüche 4 bis 6 für Drucksensorchips, für Mikrofonchips, für optische Sensorchips zur Gasanalyse oder für Sensorchips zur Temperatur- und Wärmestrommessung.