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Bauelemente, insbesondere Sensorbauelemente, sowie zusätzliche Komponenten werden auf Leiterplatten montiert, welche dann in einem Kunststoffgehäuse untergebracht sind. Die Leiterplatte und die Sensorbauelemente werden elektrisch kontaktiert, sodass diese mittels eines Kabels von außen am Kunststoffgehäuse elektrisch kontaktierbar sind.
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Derart hergestellte Sensorbauelemente haben eine begrenzte Zuverlässigkeit, da die elektrischen Verbindungen der elektrischen Komponenten der Leiterplatte beispielsweise durch Temperatur oder mechanische Erschütterungen getrennt werden können. In Anwendungsgebieten, in denen höchste Zuverlässigkeit gefordert ist, ist dies ein möglichst zu vermeidender Effekt.
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Ferner ist die Herstellung genannter Sensorbauelemente mit hohen Kosten verbunden, da viele Prozessschritte notwendig sind. Beispielsweise müssen in der finalen Montage viele Subkomponenten, wie beispielsweise Leiterplatten, Modulgehäuse, Verschluss des Modulgehäuses etc. montiert werden.
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Des Weiteren sind die mittels der geschilderten Technologie hergestellten Sensorbauelemente relativ groß und eine weitere Miniaturisierung ist kaum mehr möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement bereitzustellen, welches klein und robust ist und kostengünstig herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben jeweils vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Bei einer Ausführungsform weist das Bauelement einen Sensorchip, eine Basisschicht in der der Sensorchip angeordnet ist, und eine leitende Schicht mit der der Sensorchip elektrisch verbunden ist auf, wobei die leitende Schicht elektrische Kontakte aufweist und wobei der Sensorchip mittels der elektrischen Kontakte kontaktierbar ist. Durch die geschildert Anordnung in dieser Ausführungsform lassen sich besonders dünne und robuste Bauelemente realisieren. Zudem sind die Herstellungskosten gering, da die Anzahl der Prozess-Schritte in der Gehäusemontage beispielsweise der Sensoren, elektrischen Komponeneten, Kontaktierung, Einbringen in ein Gehäuse, Montage eines Deckels etc., wesentlich reduziert ist. Dadurch sind hohe Kosteneinsparungen erzielbar.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Bauelement einen Sensorchip auf, wobei eine sensitive Seite des Sensorchips an einer Oberfläche des Sensorchips angeordnet ist. Dadurch dass der Sensorchip in der Basisschicht eingelassen ist und sich die sensitive Seite des Sensorchips an einer seiner Oberflächen befindet ist eine besonders dünne und robuste Bauweise des Bauelements realisierbar.
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Bei einer Ausführungsform ist an dem Bauelement an zumindest einer seiner Seiten ein Polymermaterial zumindest teilweise angeordnet und zwar derart, dass sich seitlich des Sensorchips oberhalb der sensitiven Seite des Sensorchips eine Öffnung, die zum Signaleinlass geeignet ist, befindet. Durch das direkte Anordnen von Polymermaterial seitlich des Sensorchips oberhalb der sensitiven Seite lassen sich sehr einfach äußerst kompakte und gegen außere Einflüsse geschützte Bauelemente realisieren. Auf Grund der kompakten Bauweise des Bauelements ist es zudem für die Signaleinkopplung nicht notwendig, dass um die Öffnung herum möglichst viel plane Fläche vorgesehen werden muss.
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Bei einer Ausführungsform weist das Bauelement ferner eine Versiegelungsmasse auf, die zwischen dem Polymermaterial und seitlich der sensitiven Seite des Sensorchips angeordnet ist. Mittels der Versiegelungsmasse lässt sich das Bauelement besonders robust gestalten und der Sensorchip erhält einen zusätzlichen Schutz vor äußeren Einflüssen. Der Signaleinlass ist besonders gut am Rande abgedichtet und somit gegen äußere Einflüsse geschützt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Bauelement ferner wenigstens eine Logische Schaltung auf, wobei die Logische Schaltung als Auswerteeinheit ausgebildet sein kann. Die Logische Schaltung kann in einer Ausführungsform als Auswerteeinheit ausgebildet sein, die elektrischen Signale des Sensorchips weiterverarbeitet. Unter Verwendung weiterer logischer Schaltungen oder weiterer Bauelemente kann die Gesamtfunktionalität des Bauelementes spezifiziert, variiert und eingestellt werden. Dadurch kann ein breites Spektrum diverser Anwendungsmöglichkeiten gewährleistet werden. Auf Grund des breiten Einsatzspektrums und der daraus zu erzielenden hohen Stückzahlen in der Produktion, sind diese Sensorbauelemente besonders kostengünstig herstellbar.
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Bei einer Ausführungsform ist das Bauelement ein in ein eWLB- oder BGA-Package integriertes Bauelement. eWLB Bauelemente verwenden in der Regel keine Leadframes und wurden entwickelt, um eine hohe Integration von Bauteilen bei gleichzeitiger Miniaturisierung zu realisieren. eWLB Bauelemente sind bekannt für eine besonders dünne und gleichzeitig dennoch robuste Bauweise.
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Bei einer Ausführungsform ist der Sensorchip des Bauelements mittels eines Drahtes und/oder standardisierter elektrischer Anschlüsse kontaktierbar. Durch die Verwendung eines Drahtes zur Kontaktierung, kann das Bauelement von außen sehr einfach selbst durch das Polymermaterial des Gehäuses hindurch kontaktiert werden. Durch die Verwendung standardisierter elektrischer Anschlüsse, beispielsweise wie bei Speicherkarten, ist das Bauelement sehr einfach an andere elektronische Komponenten anschließbar. Als weiterer positiver Effekt kann sich die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindungen des Bauelements beispielsweise bei TCoB Tests wie Temperature Cycling an Board oder auch mechanischer Vibrations- oder Droptest erhöhen.
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Bei einer Ausführungsform ist der Sensorchip des Bauelements ein Drucksensor, ein Gassensor oder ein Aufprall-Sensor. Auch hier sind auf Grund des breiten Einsatzspektrums und der daraus zu erzielenden hohen Stückzahlen in der Produktion diese Sensorbauelemente besonders kostengünstig herstellbar.
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In einer Ausführungsform weist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements folgende Schritte auf:
Bereitstellen eines Sensorchips, ferner Bereitstellen einer Basisschicht in der der Sensorchip angeordnet wird, und Bereitstellen einer leitenden Schicht, wobei der Sensorchip mit der leitenden Schicht elektrisch verbunden wird, und wobei die leitende Schicht elektrische Kontakte aufweist und wobei der Sensorchip mittels der elektrischen Kontakte kontaktiert wird. Mittels des geschilderten Verfahrens, welches nur wenige Verfahrensschritte aufweist, lassen sich besonders dünne und robuste Bauelemente in hohen Stückzahlen realisieren.
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Die beiliegenden Zeichnungen sind aufgenommen, um ein tieferes Verständnis von Ausführungsformen zu vermitteln. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien von Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsformen lassen sich ohne weiteres verstehen, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
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1 zeigt ein Bauelement in schematischer Draufsicht mit einem Sensorchip, diversen weiteren Halbleiterbauelementen und elektrischen Kontakten, für eine Ausführungsform eines Halbleiterbauelements.
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bauelementes mit einem Sensorchip, diversen weiteren Halbleiterbauelementen und elektrischen Kontakten, für eine Ausführungsform eines Halbleiterbauelements.
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3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bauelementes mit einem Sensorchip, diversen weiteren Halbleiterbauelementen und elektrischen Kontakten welches in einem Gehäuse angeordnet ist, für eine Ausführungsform eines Halbleiterbauelements.
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4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bauelementes mit einem Sensorchip, diversen weiteren Halbleiterbauelementen und elektrischen Kontakten welches in einem Gehäuse angeordnet ist, für eine weitere Ausführungsform eines Halbleiterbauelements.
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5 ist eine schematische Draufsicht eines Bauelementes, mit standardisierten elektrischen Kontakten und einer Öffnung für einen Sensorchip, gemäß einer Ausführungsform.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „Oberseite”, „Unterseite”, „Vorderseite”, „Rückseite”, „vorderer”, „hinterer” und so weiter unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Darstellung verwendet und ist in keinerlei Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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1 ist eine schematische Draufsicht eines Bauelements 20 gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 20 weist einen Sensorchip 100 und eine Sensormembran 110 auf. Der Sensorchip 100 ist in einer Basisschicht 300 eingelassen. Basisschichten 300 können beispielsweise Moldmasse, Epoxidharz und/oder weitere Kunststoffe und/oder Laminatfolien aufweisen. Genannte Bauart, bei der beispielsweise ein Sensor 100 in einer Basisschicht 300 eingelassen ist, wird beispielsweise in der Embedded Wafer Level Ball Grid Array (eWLB) Technologie oder in der Ball Grid Array (BGA) Technologie verwendet. eWLB und BGA verwenden in der Regel keine Leadframes und wurden entwickelt, um eine hohe Integration von Bauteilen bei gleichzeitiger Miniaturisierung zu realisieren. Der Sensorchip 100 ist mit einer leitenden Schicht 400 verbunden. Die leitende Schicht 400 kann beispielsweise eine RDL (Redistribution Layer) bilden. Die leitende Schicht 400 kann mit elektrischen Kontakten 500 verbunden sein, die eine einfache elektrische Kontaktierung von außen ermöglichen können. Das Bauelement kann ferner weitere Bauelemente und/oder elektrische Schaltungen 150, 200 aufweisen, die mit dem Sensorchip 100 verbunden sein können. Die Kombination der Bauelemente 150, 200 und des Sensors 100 in Verbindung mit einer elektrischen Verdrahtung mittels der leitenden Schicht 400 kann eine Gesamtfunktionalität des Bauelementes spezifizieren. Hierbei sind verschiedenste Lösungen realisierbar.
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2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bauelements 20 gemäß einer Ausführungsform, beispielsweise auch des bereits in der 1 beschriebenen Bauelements 20. Das Bauelement kann eine logische Schaltung 150 aufweisen, die ausgebildet ist, Signale des Sensorchips zu empfangen und zu verarbeiten. Der Sensorchip 100 und die logische Schaltung 150 sind mittels der leitenden Schicht 400 elektrisch verbunden. Auch in dieser Ausführungsform weist das Bauelement 20 elektrische Kontakte 500 auf. Die elektrischen Kontakte können als standardisierte elektrische Kontakte ausgebildet sein, wie sie beispielsweise bei Speicherkarten (SD, MM etc.) Anwendung finden.
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3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bauelements gemäß einer Ausführungsform wie bereits in den 1 und 2 beschrieben. Zusätzlich weist das Bauelement der 3 eine Polymermasse 350 auf, die zumindest teilweise um das Bauelement 20 angeordnet ist. Die Polymermasse 350 bildet eine Öffnung 50, die als Einlass für das zu messende Medium dient. Dadurch ist der Sensorchip 100 mit der Sensormembran 110 frei zugänglich. Die Polymermasse 350 kann beispielsweise Thermoplaste, Elastomere, Duroplaste, allgemein auch als Kunststoff bezeichnet, aufweisen. Das Bauelement 20 kann ferner eine Füllmasse 330 aufweisen, die geeignet ist, einen Zwischenraum zwischen dem Bauelement 20 und der Polymermasse 350 zumindest teilweise auszufüllen. Dadurch kann das Bauelement 20 besonders fest mit der Polymermasse 350 verbunden werden. Das Bauelement 20 kann somit quasi in einem umhüllenden Gehäuse 350 integriert und mit diesem fest verbunden sein. Die Füllmasse kann Moldmasse, Epoxidharz oder/und andere Kunststoffmassen aufweisen. Das Bauelement 20 kann ferner eine Versiegelungsmasse 310 aufweisen. Mittels der Versiegelungsmasse 310 die im Randbereich des Sensorchips, der Füllmasse 330 und der Polymermasse 350 angeordnet sein kann, kann das Bauelement besonders gut von außen, beispielsweise vor Feuchtigkeit, Licht und anderen Einflüssen geschützt sein. Der Sensorchip 100 des Bauelements 20 kann mittels eines Drahtes 450 über die elektrischen Kontakte 500 und die leitende Schicht 400 von außen kontaktierbar sein. Der Draht 450 des Bauelements 20 kann mittels verschiedener Verbindungstechniken, beispielsweise Stecken, Laserschweißen, Löten oder Kleben elektrisch kontaktiert werden.
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4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bauelements 20 gemäß einer Ausführungsform wie bereits in den 1, 2 und 3 beschrieben. Zusätzlich kann das Bauelement 20 in ein Plastikgehäuse integriert sein (hier nicht gezeigt) bevor das Bauelement mit Polymermasse 350 umgeben wird. Dies gewährleistet eine besonders stabile Ausführungsform eines gehäusten Bauelements 20. Ferner kann das Bauelement 20 beispielsweise an seinen Seiten mit weiterer Füllmasse 330 und/oder Polymermasse 350 umhüllt sein, um beispielsweise den Kontaktdraht 450 mit in die Polymer- bzw. Füllmasse 330 mit zu integrieren. Dadurch wird eine besonders stabile und geschützte Kontaktierung erzielt.
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5 ist eine schematische Draufsicht eines Bauelements 20, gemäß einer Ausführungsform. 5 zeigt ein Bauelement 20 mit Gehäuse, gebildet durch die Polymermasse 350 und mit Öffnung 50, die als Einlass für das zu messende Medium bzw. einzukoppelnde Signal dient. Der Sensorchip 100 mit der Sensormembran 110 sind hierbei frei für ein einzukoppelndes Signal zugänglich (nicht dargestellt). Das Bauelement weist ferner elektrische Kontakte 500 auf. Die elektrischen Kontakte können in dieser Ausführungsform als standardisierte elektrische Kontakte ausgebildet sein.
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Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
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Wenngleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, dass die Ausdrücke „enthalten”, „haben”, „mit” oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck „umfassen” einschließend sein. Die Ausdrücke „gekoppelt” und „verbunden” können zusammen mit Ableitungen verwendet worden sein. Es versteht sich, dass diese Ausdrücke verwendet sein können, um anzugeben, dass zwei Elemente unabhängig davon miteinander kooperieren oder interagieren, ob sie in direktem physischem oder elektrischem Kontakt stehen oder sie nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft” lediglich als ein Beispiel anstatt das Beste oder Optimale gemeint. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Die Ausführungsformen und die Ausführungsformen des Herstellens von solchen Bauelementen können verschiedene Arten von Halbleiterchips oder Halbleitersubstraten verwenden, unter ihnen integrierte Logikschaltungen, integrierte Analogschaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, Sensorschaltungen, MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), integrierte Leistungsschaltungen, Chips mit integrierten passiven Elementen, diskreten passiven Elementen und so weiter. Im Allgemeinen kann der Ausdruck „Bauelement”, wie er bei dieser Anwendung verwendet wird, unterschiedliche Bedeutungen besitzen, von denen eine ein Sensorchip oder ein Halbleitersubstrat mit einer elektrischen Schaltung ist.
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Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Durchschnittsfachmann, dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen substituiert werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll alle Adaptationen oder Varianten von Magnetsensorbausteinen abdecken, die einen integralen gegossenen Permanentmagneten enthalten, wie hierin erörtertet. Deshalb soll die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und die Äquivalente davon beschränkt werden.
