DE102014114014A1 - Drucksensor-Package mit integrierter Dichtung - Google Patents

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Abstract

Ein Drucksensor-Package enthält eine Anschlussleitung und einen Halbleiter-Chip, der von der Anschlussleitung beabstandet ist und einen Anschluss und eine Membran, die auf einer ersten Seite des Chips angeordnet ist oder sind, umfasst. Der Chip ist dafür ausgelegt, einen elektrischen Parameter in Reaktion auf einen Druckunterschied über der Membran zu ändern. Das Package umfasst ferner einen elektrischen Leiter, der den Anschluss mit der Anschlussleitung verbindet, eine Pressmasse, die den elektrischen Leiter, den Chip und einen Abschnitt der Anschlussleitung ummantelt, einen Hohlraum in der Pressmasse, der die Membran freilegt, und einen Dichtungsring, der auf einer Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum angeordnet ist. Der Dichtungsring umgibt den Hohlraum und besitzt einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse. Alternativ kann der Dichtungsring eine Rippe der Pressmasse sein, die von der Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum vorsteht und den Hohlraum umgibt.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf geformte Halbleiter-Packages und insbesondere auf geformte Drucksensor-Packages.
  • Drucksensor-Halbleiterchips enthalten eine Membran, um den Druck abzutasten. Der abgetastete Druck wird in einen elektrischen Parameter, wie z.B. eine Änderung des spezifischen elektrischen Widerstands, umgesetzt. Die Drucksensor-Chips sind typischerweise mit einer Pressmasse ummantelt, um die Verbindungen zu dem Chip und den Chip selbst vor Korrosion und anderen nachteiligen Wirkungen zu schützen. Die Pressmassen besitzen typischerweise einen Elastizitätsmodul, der bei Zimmertemperatur größer als 1 GPa ist, und sind deshalb relativ hart. Herkömmliche geformte Drucksensor-Packages besitzen ein Fenster oder einen Hohlraum in der Pressmasse über der Membran des Drucksensor-Chips, so dass die Membran von der Pressmasse unabgedeckt bleibt.
  • Für Drucksensoranwendungen wird zwischen einem geformten Drucksensor-Package und einem Modulgehäuse, wie z.B. einem Seitenairbag-Modul für ein Kraftfahrzeug, eine mechanische Kopplung bereitgestellt. Es ist eine flexible Abdichtung erforderlich, um sicherzustellen, dass ein vollständiger und unverminderter Druck zu der Membran des Drucksensor-Chips umgeleitet wird. Die flexible Abdichtung sollte keine übermäßige Kraft auf das Drucksensor-Package und folglich auf den Drucksensor-Chip ausüben, wobei andernfalls die elektrische Funktionalität des Drucksensor-Chips beeinträchtigt sein kann. Herkömmlich wird eine derartige flexible Abdichtung verwirklicht, nachdem das Drucksensor-Package in dem Modulgehäuse, wie z.B. dem Gehäuse für ein Seitenairbag-Modul, angeordnet worden ist. Von dem Modulintegrator ist ein signifikanter Aufwand erforderlich, um eine geeignete Abdichtung zwischen einem geformten Drucksensor-Package und dem Modulgehäuse zu bilden.
  • Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung kann darin gesehen werden, ein einfach aufgebautes und kostengünstiges Drucksensor-Package zu schaffen. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drucksensor-Package anzugeben.
  • Die Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Drucksensor-Package weist das Package eine Anschlussleitung und einen Halbleiter-Chip, der von der Anschlussleitung beabstandet ist, auf. Der Chip weist einen Anschluss und eine Membran, die auf einer ersten Seite des Chips angeordnet ist oder sind, auf. Der Chip ist dafür ausgelegt, einen elektrischen Parameter in Reaktion auf einen Druckunterschied über der Membran zu ändern. Das Drucksensor-Package umfasst ferner einen elektrischen Leiter, der den Anschluss mit der Anschlussleitung verbindet, eine Pressmasse, die den elektrischen Leiter, den Chip und einen Abschnitt der Anschlussleitung ummantelt, einen Hohlraum in der Pressmasse, der die Membran freilegt, und einen Dichtungsring, der auf einer Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum angeordnet ist. Der Dichtungsring umgibt den Hohlraum und besitzt einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform eines Drucksensor-Package weist das Package eine Anschlussleitung und einen Halbleiter-Chip, der von der Anschlussleitung beabstandet ist, auf. Der Chip weist einen Anschluss und eine Membran, die auf einer ersten Seite des Chips angeordnet ist oder sind, auf. Der Chip ist dafür ausgelegt, einen elektrischen Parameter in Reaktion auf einen Druckunterschied über der Membran zu ändern. Das Drucksensor-Package umfasst ferner einen elektrischen Leiter, der den Anschluss mit der Anschlussleitung verbindet, eine Pressmasse, die den elektrischen Leiter, den Chip und einen Abschnitt der Anschlussleitung ummantelt, und einen Hohlraum in der Pressmasse, der die Membran freilegt. Die Pressmasse besitzt eine Rippe, die von der Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum vorsteht. Die Rippe umgibt den Hohlraum, um einen Dichtungsring zu bilden.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Drucksensor-Package umfasst das Verfahren Folgendes:
    Bereitstellen eines Halbleiter-Chips und einer Anschlussleitung, die voneinander beabstandet sind, wobei der Chip einen Anschluss und eine Membran umfasst, die auf einer ersten Seite des Chips angeordnet ist oder sind, wobei der Anschluss durch einen elektrischen Leiter mit der Anschlussleitung verbunden ist, wobei der Chip dafür ausgelegt ist, einen elektrischen Parameter in Reaktion auf einen Druckunterschied über der Membran zu ändern; Ummanteln des elektrischen Leiters, des Chips und eines Abschnitts der Anschlussleitung mit einer Pressmasse; Bilden eines Hohlraums in der Pressmasse, der die Membran freilegt; und Bilden eines Dichtungsrings auf einer Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum, wobei der Dichtungsring den Hohlraum umgibt und einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse besitzt.
  • Die Fachleute auf dem Gebiet erkennen zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der Beschreibung und beim Betrachten der beigefügten Zeichnungen.
  • Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise in Bezug aufeinander maßstabsgerecht. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende oder einander ähnliche Teile. Die Merkmale der verschiedenen veranschaulichten Ausführungsformen können kombiniert werden, außer wenn sie einander ausschließen. Die Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt und in der folgenden Beschreibung ausführlich beschrieben.
  • 1 bis 11 veranschaulichen jede eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines geformten Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring.
  • 12 veranschaulicht einen Draufsicht-Grundriss einer Ausführungsform eines geformten Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring.
  • 13 veranschaulicht einen Draufsicht-Grundriss einer weiteren Ausführungsform eines geformten Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring.
  • 14, die die 14A bis 14E enthält, veranschaulicht jeweilige Querschnittsansichten einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines geformten Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring während verschiedener Stufen eines filmunterstützten Formprozesses.
  • 15 veranschaulicht einen Draufsicht-Grundriss einer Ausführungsform eines geformten Drucksensor-Package während der Bildung eines integrierten Dichtungsrings unter Verwendung eines Auftragsprozesses.
  • 16 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer noch weiteren Ausführungsform eines geformten Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen stellen einen Dichtungsring für ein Drucksensor-Package, der integriert, d.h. Teil des Package ist, als einen separaten Ring eines Materials, das einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse, die den Drucksensor-Chip und die Anschlussleitungen des Package ummantelt, oder als eine Rippe der Pressmasse bereit. In jedem Fall ist der Dichtungsring ein integraler Teil des Drucksensor-Package, wobei er einen Hohlraum in der Pressmasse umgibt, durch den die Membran des Drucksensor-Chips freigelegt ist. Während eines anschließenden Zusammenbaus auf höherer Ebene, z.B. als Teil eines Seitenairbag-Moduls für ein Kraftfahrzeug, kann das Drucksensor-Package mit dem integrierten Dichtungsring innerhalb eines Gehäuses des Anwendungsmoduls angeordnet werden, wobei eine geeignete Dichtung zwischen dem Drucksensor-Package und dem Gehäuse durch den Dichtungsring bereitgestellt wird. Der Dichtungsring stellt einen vollständigen und unverminderten Druck sicher, der zur Membran des Drucksensor-Chips umgeleitet wird.
  • 1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Drucksensor-Package, das einen Drucksensor-Halbleiterchip 100 und einen integrierten Dichtungsring 102 enthält. Der Chip 100 umfasst eine Membran 104, die auf einer Oberseite 101 des Chips 100 angeordnet ist. Der Chip 100 ist dafür ausgelegt, einen elektrischen Parameter, wie z.B. den spezifischen elektrischen Widerstand, in Reaktion auf einen Druckunterschied über der Membran 104 ändern. Eine Messung des Drucks mit einem Silizium-Sensor-Chip basiert z.B. auf dem piezoresistiven Effekt. Dieser wird in einer Silizium-Membran verwendet, in der eine mechanische Spannung zu einer Änderung des spezifischen elektrischen Widerstands führt. Die mechanische Spannung ergibt sich aus einem Druckunterschied über der Membran. Ein Netzwerk implantierter Widerstände in der Membran kann verwendet werden, um die Änderung des spezifischen elektrischen Widerstands in ein elektrisches Signal umzusetzen, das zu dem ausgeübten Druckunterschied proportional ist. In Abhängigkeit von der Anwendung kann der Sensor als ein nackter Chip ("bare die") verwendet werden oder kann für die mechanische Halterung oder um einen Bezugs-Unterdruck bereitzustellen auf Glas geklebt werden.
  • Der Drucksensor-Chip 100 umfasst ferner eine Unterseite 103, die der Oberseite 101 gegenüberliegt, eine Seitenkante 105, die sich zwischen der Ober- und Unterseite 101, 103 erstreckt, und wenigstens einen Anschluss 106 auf der Oberseite 101 des Chips 100. Der Chip 100 ist mit einer Pressmasse 108 ummantelt, um den Chip 100 und die Chip-Anschlüsse 106 vor Korrosion und anderen nachteiligen Wirkungen zu schützen. Ein Hohlraum 110 ist in der Pressmasse 108 über der Membran 104 bereitgestellt, um sicherzustellen, dass die Pressmasse 108 den Betrieb der Membran 104 nicht stört. Der Hohlraum 110 kann in der Pressmasse 108 unter Verwendung irgendeiner geeigneten Standardverarbeitung gebildet werden, wie z.B. dem filmunterstützten Formen (Gießen), bei dem ein (nicht gezeigtes) Einlegeteil in einer Spritzgussform über der Membran 104 positioniert wird. Das Einlegeteil wird nach dem Formen entfernt, was den Hohlraum 110 in der Pressmasse 108 ergibt. Es kann irgendeine Standard-Pressmasse, die in Halbleiter-Packages verwendet wird und die einen Elastizitätsmodul aufweist, der bei Zimmertemperatur größer als 1 GPa ist, verwendet werden, um den Drucksensor-Chip 100 und die elektrischen Verbindungen, die zu den Anschlüssen 106 des Chips 100 bereitgestellt sind, zu ummanteln.
  • Die elektrischen Verbindungen zu den Chip-Anschlüssen 106 können durch Bonddrähte, Bondbänder, Metallklammern (Clips) oder irgendeinen anderen Typ eines geeigneten elektrischen Leiters 112 verwirklicht sein. Ein Ende jedes elektrischen Leiters 112 ist mit einem Anschluss 106 des Chips 100 verbunden, während das entgegengesetzte Ende mit einer entsprechenden Anschlussleitung 114 des Package verbunden ist. Diese Verbindungen können durch Löten, Kleben, Ultraschallbonden usw. gebildet werden. Die Anschlussleitungen 114 sind von dem Drucksensor-Chip 100 beabstandet und teilweise mit der Pressmasse 108 ummantelt, so dass die Anschlussleitungen 114 von der Pressmasse 108 vorstehen, um die Punkte der äußeren elektrischen Verbindung mit dem Drucksensor-Chip 100 bereitzustellen.
  • Der Drucksensor-Chip 100 kann an einem Stützsubstrat 116, wie z.B. einem Chip-Paddel eines Leiterrahmens oder einem Keramikmaterial, befestigt sein. Die Rückseite 117 des Stützsubstrats 116 kann freigelegt sein, um einen thermischen und/oder elektrischen Weg zu dem Drucksensor-Chip 100 bereitzustellen. In dem Fall eines vertikalen Chips 100 fließt z.B. der Strom durch das Halbleitermaterial zwischen der Vorderund der Rückseite 101, 103 des Chips 100. Das Stützsubstrat 116 kann in diesem Fall elektrisch leitfähig (z.B. ein Kupferblock) sein, um einen elektrischen Weg zur Rückseite 103 des Chips 100 bereitzustellen. In dem Fall eines seitlichen Chips 100 fließt der Strom durch das Halbleitermaterial in der Nähe der Vorderseite 101 des Chips 100 zwischen den Anschlüssen 106 auf der Vorderseite 101. Das Stützsubstrat 116 kann in diesem Fall wärmeleitfähig (z.B. eine Keramik) sein, um einen thermischen Weg zur Rückseite 103 des Chips 100 bereitzustellen.
  • In jedem Fall ist der Dichtungsring 102, der als Teil des Drucksensor-Package integriert ist, auf der Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum 110 angeordnet. Der Dichtungsring 102 umgibt den Hohlraum 110, so dass eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Drucksensor-Package und dem Gehäuse 118 eines Anwendungsmoduls, in dem das Package angeordnet ist, ausgebildet ist. Zwischen dem Drucksensor-Package und dem Gehäuse 118 ist über den Dichtungsring 102 eine geeignete Abdichtung bereitgestellt, die sicherstellt, dass ein vollständiger und unverminderter Druck zur Membran 104 des Drucksensor-Chips 100 umgeleitet wird, wie in 1 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, die mit 'P' bezeichnet ist. Das Anwendungsgehäuse 118 kann eine Leiterplatte 120 enthalten, an der das Drucksensor-Package angebracht ist.
  • Die Abmessungen des Dichtungsrings 102 hängen von der Anwendung ab, in der das Drucksensor-Package verwendet werden soll. In einer Ausführungsform besitzt der Dichtungsring 102 eine Höhe (H), die sich zwischen 0,5 mm und 1 mm erstreckt, und eine maximale Dicke (T), die sich zwischen 0,5 mm und 2 mm erstreckt.
  • Der Dichtungsring 102 besitzt einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse 108. In einer Ausführungsform besitzt die Pressmasse 108 einen Elastizitätsmodul, der sich bei Zimmertemperatur zwischen 10 GPa und 100 GPa erstreckt, während der Dichtungsring 102 einen Elastizitätsmodul besitzt, der sich bei Zimmertemperatur zwischen 0,5 MPa und 1 GPa erstreckt. Der Dichtungsring 102 kann z.B. ein Silicon oder ein thermoplastisches Elastomer umfassen. Silicone sind inerte, synthetische Verbindungen mit verschiedenen Formen und Verwendungen. Typischerweise sind wärmebeständige und gummiartige Silicone Polymere, die Silizium zusammen mit Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und manchmal anderen Elementen enthalten. Thermoplastische Elastomere, die manchmal als thermoplastische Gummi bezeichnet werden, sind eine Klasse von Copolymeren oder eine physikalische Mischung aus Polymeren (normalerweise einem Kunststoff und einem Gummi), die aus Materialien sowohl mit thermoplastischen als auch mit elastomeren Eigenschaften besteht. Während die meisten Elastomere Duromere sind, sind im Gegesatz dazu Thermoplaste bei der Herstellung, z.B. durch Spritzgießen, relativ einfach zu verwenden. Thermoplastische Elastomere zeigen Vorteile, die sowohl für gummiartige Materialien als auch für Kunststoffmaterialien typisch sind. Der Hauptunterschied zwischen Duromer-Elastomeren und thermoplastischen Elastomeren ist der Typ der Vernetzungsbindung in ihren Strukturen. Die Vernetzung ist ein entscheidender Strukturfaktor, der dazu beiträgt, hohe elastische Eigenschaften zu verleihen. Die Vernetzung in Duromer-Polymeren ist eine kovalente Bindung, die während des Vulkanisationsprozesses erzeugt wird. Andererseits ist die Vernetzung in thermoplastischen Elastomer-Polymeren eine schwächere Dipol- oder Wasserstoffbrückenbindung oder findet in einer der Phasen des Materials statt. Wachs kann wenigstens von der Seite der Pressmasse 108 mit dem Dichtungsring 102 entfernt werden, um die Adhäsion zwischen der Pressmasse 108 und dem Dichtungsring 102 zu erhöhen.
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform besitzt der Dichtungsring 102 ein erstes Ende 121, das sich mit der Pressmasse 108 in Kontakt befindet, und ein zweites Ende 123, das dem ersten Ende 121 gegenüberliegt und von der Pressmasse 108 beabstandet ist, wobei das erste Ende 121 dicker als das zweite Ende 123 ist. Ferner besitzt gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform der Dichtungsring 102 eine dreieckige Querschnittsform.
  • 2 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring 102. Gemäß dieser Ausführungsform besitzt der Dichtungsring 102 eine trapezförmige Querschnittsform.
  • 3 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring 102. Gemäß dieser Ausführungsform besitzt der Dichtungsring 102 eine gekrümmte Außenfläche 122.
  • 4 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring 102. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Drucksensor-Package einen zusätzlichen Dichtungsring 124, der auf derselben Seite der Pressmasse 108 wie der andere Dichtungsring 102 angeordnet ist. Der zusätzliche Dichtungsring 124 umgibt den Hohlraum 110 in der Pressmasse 108 und außerdem den anderen Dichtungsring 102 und weist einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse 108 auf. Beide Dichtungsringe 102, 124 weisen in 4 einen dreieckigen Querschnitt auf, wobei sie aber eine andere Querschnittsform, wie z.B. trapezförmig, halbkreisförmig, quadratisch usw., aufweisen können. Die Dichtungsringe 102, 124 können die gleiche Querschnittsform aufweisen, wie in 4 gezeigt ist, oder unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen.
  • 5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring 102. Gemäß dieser Ausführungsform ist in der Seite der Pressmasse 108 mit dem Hohlraum 110 ein Graben 126 ausgebildet. Die Form des Grabens 126 kann durch den Formprozess angepasst werden, der verwendet wird, um den Halbleiter-Chip 100, die Anschlüsse 106 und die Anschlussleitungen 112 mit der Pressmasse 108 zu ummanteln. Nach dem Formprozess wird der Graben 126 mit einem Dichtungsmaterial, wie z.B. einem Silicon oder einem thermoplastischen Elastomer, gefüllt. Das Dichtungsmaterial erstreckt sich von der Seite der Pressmasse 108 mit dem Hohlraum 110 nach außen. Das Dichtungsmaterial wird gehärtet, um den Dichtungsring 102 zu bilden, der einen Bereich 128 aufweist, der in dem Graben 126 angeordnet ist und der den Dichtungsring 102 innerhalb der Pressmasse 108 verankert. Der Graben 126 kann konisch zulaufende Seitenwände 127 besitzen, wie in 5 gezeigt ist, um den Dichtungsring 102 besser innerhalb der Pressmasse 108 zu verankern.
  • 6 veranschaulicht eine Ausführungsform des Drucksensor-Package, die zu der in 5 gezeigten Ausführungsform ähnlich ist, wobei jedoch der integrierte Dichtungsring 102 eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweist, wobei die Seitenwände 127 und der Boden des Grabens 126, der in der Pressmasse 108 ausgebildet ist, dementsprechend gekrümmt sind. Diese Anordnung stellt einen Kugelgelenk-Typ des Verankerungsmechanismus zwischen dem Dichtungsring 102 und der Pressmasse 108 bereit.
  • 7 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring 102. Gemäß dieser Ausführungsform deckt der Dichtungsring 102 die Seite der Pressmasse 108 mit dem Hohlraum 110 vollständig ab. Der Dichtungsring 102 ist gemäß dieser Ausführungsform ebenfalls innerhalb der Pressmasse 108 verankert, wie hier vorher beschrieben worden ist.
  • 8 veranschaulicht eine Ausführungsform des Drucksensor-Package, die zu der in 7 gezeigten Ausführungsform ähnlich ist, wobei jedoch der Dichtungsring 102 auch die Seitenwände 129 der Pressmasse 108 abdeckt.
  • 9 veranschaulicht eine Ausführungsform des Drucksensor-Package, die zu der in 8 gezeigten Ausführungsform ähnlich ist, wobei jedoch der Dichtungsring 102 auch die Seite 131 der Pressmasse 108, die der Seite mit dem Hohlraum 110 gegenüberliegt, abdeckt. Der Dichtungsring 102 deckt gemäß dieser Ausführungsform die Pressmasse 108 mit Ausnahme entlang der Hohlraum-Seitenwände 133 ganz ab.
  • 10 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring 102. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein zusätzlicher Hohlraum 130 in der Pressmasse 108 auf der Seite 131 der Pressmasse 108, die dem anderen Hohlraum 110 gegenüberliegt, ausgebildet. Ferner ist gemäß dieser Ausführungsform ein zusätzlicher Dichtungsring 132 auf der Seite 131 der Pressmasse 108 mit dem zusätzlichen Hohlraum 130 angeordnet. Der zusätzliche Dichtungsring 132 umgibt den zusätzlichen Hohlraum 130 und besitzt einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse 108. Der zusätzliche Dichtungsring 132 kann z.B. ein Silicon oder ein thermoplastisches Elastomer umfassen.
  • 11 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring 102. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Drucksensor-Chip 100 ferner eine zusätzliche Membran 134, die auf der Oberseite 101 des Chips 100 angeordnet ist und von der anderen Membran 104 beabstandet ist. Das Drucksensor-Package umfasst ferner einen zusätzlichen Hohlraum 136 in der Pressmasse 108 auf der Seite der Pressmasse 108 mit dem anderen Hohlraum 110. Der zusätzliche Hohlraum 136 ist durch einen Bereich 138 der Pressmasse 108 von dem anderen Hohlraum 110 seitlich beabstandet und legt die zusätzliche Membran 134 frei. Ferner ist gemäß dieser Ausführungsform ein zusätzlicher Dichtungsring 140 auf der Seite der Pressmasse 108 mit den beiden Hohlräumen 110, 136 angeordnet. Der zusätzliche Dichtungsring 140 umgibt den zusätzlichen Hohlraum 136 und besitzt einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse 108.
  • 12 veranschaulicht einen Draufsicht-(Top-Down-)Grundriss des Drucksensor-Package gemäß einer Ausführungsform. Der Dichtungsring 102 umgibt den Hohlraum 110 in der Pressmasse 108 und weist gemäß dieser Ausführungsform eine quadratische Form auf.
  • 13 veranschaulicht einen Draufsicht-(Top-Down-)Grundriss des Drucksensor-Package gemäß einer weiteren Ausführungsform. Der Dichtungsring 102 umgibt den Hohlraum 110 in der Pressmasse 102 und weist gemäß dieser Ausführungsform eine kreisförmige Form auf. Der Dichtungsring 102 kann andere Formen aufweisen, wie z.B. rechteckig.
  • 14, die die 14A bis 14E enthält, veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des in 1 gezeigten Drucksensor-Package. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein filmunterstützter Formprozess (FAM-Prozess, "film-assisted molding") verwendet. Der FAM ist eine Variation des Transferpressprozesses. Der FAM verwendet einen oder zwei Kunststofffilme 200, die von einer Folge von Walzen 202 in eine Form 204 eines Formwerkzeugs zugeführt werden, wie in 14A gezeigt ist. Die Filme 200 werden entlang der Innenflächen eines ersten Einlegeteils 206 (einschließlich irgendwelcher Eingussstutzen, Verteilerkanäle und Nester), das in der Form 204 angeordnet ist, heruntergezogen, bevor die Leiterrahmen (Leadframes) oder Substrate, d.h., die einzukapselnden Produkte, in die Form 204 geladen werden, wie in 14B gezeigt ist. Das erste Einlegeteil 206 definiert den Hohlraum, der in der Pressmasse zu bilden ist. Diesem folgt ein Standard-Transferpressprozess.
  • Das Formmaterial 208 wird zuerst durch Wärme und Druck verflüssigt und dann in die geschlossene Form 204 gezwungen und dort unter zusätzlicher Wärme und zusätzlichem Druck gehalten, bis alles Material erstarrt (d.h. ausgehärtet) ist. 14C zeigt das Package während des Formprozesses. Nach dem Öffnen der Form 204 wird das geformte Package entladen. Als Nächstes wird der Unterdruck entfernt und werden die Filme 200 über eine Länge der Form 204 transportiert. Das erste Einlegeteil 206 wird entfernt und durch ein zweites Einlegeteil 210 ersetzt, das in die Form 204 geladen wird, wie in 14D gezeigt ist. Das zweite Einlegeteil 210 definiert den Dichtungsring, der auf der Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum zu bilden ist. Das zweite Einlegeteil 210 kann strukturiert sein, um mehrere Dichtungsringe zu ermöglichen, wie hier vorher beschrieben worden ist. Das geformte Package wird dann in die Form 204 geladen, wie in 14E gezeigt ist, wobei ein (für die Leichtigkeit der Veranschaulichung nicht gezeigtes) Dichtungsmaterial, wie z.B. ein Silicon oder ein thermoplastisches Elastomer, in die Form 204 gezwungen wird. Das Dichtungsmaterial füllt die Formen in dem zweiten Einlegeteil 210 und wird ausgehärtet. Das fertiggestellte Package wird nach dem Aushärten des Materials des Dichtungsrings aus der Form 204 entfernt. Der Bodenabschnitt des Werkzeugs kann mit einem oder mehreren Einlegeteilen ausgerüstet werden, um auf der Unterseite des Package einen oder mehrere Hohlräume und die entsprechenden Dichtungsringe zu bilden, wie vorher hier beschrieben worden ist. Es können irgendwelche gewünschten Abmessungen und Formen der Hohlräume und Dichtungsringe ermöglicht werden, indem ein geeignet konstruiertes Einlegeteil in dem FAM-Werkzeug verwendet wird.
  • 15 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des in 1 gezeigten Drucksensor-Package. Gemäß dieser Ausführungsform wird das Package zuerst geformt, z.B. unter Verwendung einer FAM-Technik, wie vorher hier beschrieben worden ist. Das Package wird dann in ein Auftragswerkzeug (Dispensierwerkzeug) geladen, das eine Auftragsvorrichtung (Dispensiervorrichtung) 300 enthält. Eine grundlegende Darstellung der Auftragsvorrichtung 300 ist für die vereinfachte Veranschaulichung in 15 gezeigt. Unter der genauen Steuerung der Auftragsvorrichtung 300 wird ein Dichtungsmaterial 302, wie z.B. ein Silicon oder ein thermoplastisches Elastomer, auf der Seite der Pressmasse 108 mit dem Hohlraum 110 aufgetragen (dispensiert), nachdem die Pressmasse 108 ausgehärtet worden ist. Das Dichtungsmaterial 302 wird dann ausgehärtet, um den Dichtungsring zu bilden. Gemäß dieser Ausführungsform können mehr als ein Dichtungsring auf einer oder auf beiden Seiten der Pressmasse gebildet werden, wie vorher hier beschrieben worden ist. Außerdem kann die Auftragsvorrichtung 300 das Dichtungsmaterial auf den Seitenwänden 129 der Pressmasse 108 auftragen, wie hier ebenfalls vorher beschrieben worden ist.
  • 16 veranschaulicht eine noch weitere Ausführungsform eines Drucksensor-Package mit einem integrierten Dichtungsring. Gemäß dieser Ausführungsform besitzt die Pressmasse 108 eine Rippe 400, die von einer Seite der Pressmasse 108 mit dem Hohlraum 110 vorsteht. Die Rippe 400 umgibt den Hohlraum 110 und bildet einen Dichtungsring. Gemäß der in 16 gezeigten Ausführungsform besitzt die Rippe 400 eine dreieckige Querschnittsform, die sich über eine Höhe (H) der Rippe 400 ändert, so dass die Dicke (T) der Rippe 400 näher an dem Chip 100 größer und weiter entfernt von dem Chip 100 kleiner ist. Die Rippe 400 kann irgendwelche geeigneten Abmessungen und irgendeine geeignete Form besitzen, um einen Dichtungsring zu bilden, z.B. irgendeine der vorher hier beschriebenen Abmessungen und Formen. Die Abmessungen und die Form der Rippe 400 können durch die geeignete Konstruktion eines Einlegeteils für die Verwendung in einem FAM-Formwerkzeug verwirklicht werden, wie vorher hier beschrieben worden ist.
  • Räumlich relative Begriffe, wie z.B. "unter", "unterhalb", "tiefer", "über", "ober" und dergleichen, werden für die einfachere Beschreibung verwendet, um die Positionierung eines Elements bezüglich eines zweiten Elements zu erklären. Diese Begriffe sind vorgesehen, um andere Orientierungen der Vorrichtung zusätzlich zu den anderen Orientierungen als jenen, die in den Figuren dargestellt sind, zu umfassen. Ferner werden Begriffe wie "erster", "zweiter" und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Bereiche, Abschnitte usw. zu beschreiben, wobei sie nicht als einschränkend zu verstehen sind. Gleiche Begriffe beziehen sich überall in der Beschreibung auf gleiche Elemente.
  • Wie die Begriffe "besitzend", "einschließend", "enthaltend", "umfassend" "aufweisend" und dergleichen hier verwendet werden, sind sie erweiterbare Begriffe, die das Vorhandensein der dargelegten Elemente oder Merkmale angeben, aber zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht ausschließen. Die Artikel "ein", "eine" und "der/die/das" sind vorgesehen, dass sie sowohl die Mehrzahl als auch die Einzahl enthalten, außer wenn es der Kontext deutlich anders angibt.
  • Mit Blick auf den obigen Bereich der Variationen und Anwendungen sollte es selbstverständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die vorhergehende Beschreibung eingeschränkt ist und auch nicht durch die beigefügten Zeichnungen eingeschränkt ist.

Claims (26)

  1. Drucksensor-Package, das aufweist: eine Anschlussleitung; einen Halbleiter-Chip, der von der Anschlussleitung beabstandet ist, und der einen Anschluss und eine Membran, die auf einer ersten Seite des Chips angeordnet ist oder sind, umfasst, wobei der Chip dafür ausgelegt ist, einen elektrischen Parameter in Reaktion auf einen Druckunterschied über der Membran zu ändern; einen elektrischen Leiter, der den Anschluss mit der Anschlussleitung verbindet; eine Pressmasse, die den elektrischen Leiter, den Chip und einen Abschnitt der Anschlussleitung ummantelt; einen Hohlraum in der Pressmasse, der die Membran freilegt; und einen Dichtungsring, der auf einer Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum angeordnet ist, wobei der Dichtungsring den Hohlraum umgibt und einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse aufweist.
  2. Drucksensor-Package nach Anspruch 1, wobei die Pressmasse einen Elastizitätsmodul aufweist, der sich bei Zimmertemperatur zwischen 10 GPa und 100 GPa erstreckt, und der Dichtungsring einen Elastizitätsmodul aufweist, der sich bei Zimmertemperatur zwischen 0,5 MPa und 1 GPa erstreckt.
  3. Drucksensor-Package nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Dichtungsring eine Höhe, die sich zwischen 0,5 mm und 1 mm erstreckt, und eine maximale Dicke, die sich zwischen 0,5 mm und 2 mm erstreckt, aufweist.
  4. Drucksensor-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dichtungsring ein Silicon oder ein thermoplastisches Elastomer umfasst.
  5. Drucksensor-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dichtungsring ein erstes Ende, das sich mit der Pressmasse in Kontakt befindet, und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt und von der Pressmasse beabstandet ist, aufweist, wobei das erste Ende dicker als das zweite Ende ist.
  6. Drucksensor-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dichtungsring eine dreieckige oder eine trapezförmige Querschnittsform besitzt.
  7. Drucksensor-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dichtungsring eine gekrümmte Außenfläche besitzt.
  8. Drucksensor-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dichtungsring einen Bereich besitzt, der innerhalb der Pressmasse verankert ist.
  9. Drucksensor-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner aufweist: einen zusätzlichen Dichtungsring, der auf der Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum angeordnet ist, wobei der zusätzliche Dichtungsring den Hohlraum und den anderen Dichtungsring umgibt und einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse besitzt.
  10. Drucksensor-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner aufweist: einen zusätzlichen Hohlraum in der Pressmasse auf einer Seite der Pressmasse, die dem anderen Hohlraum gegenüberliegt; und einen zusätzlichen Dichtungsring, der auf der Seite der Pressmasse mit dem zusätzlichen Hohlraum angeordnet ist, wobei der zusätzliche Dichtungsring den zusätzlichen Hohlraum umgibt und einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse aufweist.
  11. Drucksensor-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Chip ferner eine zusätzliche Membran umfasst, die auf der ersten Seite des Chips angeordnet und von der anderen Membran beabstandet ist, wobei das Drucksensor-Package ferner aufweist: einen zusätzlichen Hohlraum in der Pressmasse auf der Seite der Pressmasse mit dem anderen Hohlraum, wobei der zusätzliche Hohlraum von dem anderen Hohlraum um einen Bereich der Pressmasse seitlich beabstandet ist und die zusätzliche Membran freilegt; und einen zusätzlichen Dichtungsring, der auf der Seite der Pressmasse mit den Hohlräumen angeordnet ist, wobei der zusätzliche Dichtungsring den zusätzlichen Hohlraum umgibt und einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse besitzt.
  12. Drucksensor-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dichtungsring eine quadratische, rechtekkige oder kreisförmige Form besitzt.
  13. Drucksensor-Package einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dichtungsring die Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum vollständig abdeckt.
  14. Drucksensor-Package nach Anspruch 13, wobei der Dichtungsring die Seitenwände der Pressmasse abdeckt.
  15. Drucksensor-Package nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Dichtungsring eine Seite der Pressmasse, die der Seite mit dem Hohlraum gegenüberliegt, abdeckt.
  16. Drucksensor-Package nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pressmasse wenigstens auf der Seite der Pressmasse mit dem Dichtungsring wachsfrei ist.
  17. Drucksensor-Package, das aufweist: eine Anschlussleitung; einen Halbleiter-Chip, der von der Anschlussleitung beabstandet ist und einen Anschluss und eine Membran, die auf einer ersten Seite des Chips angeordnet ist oder sind, umfasst, wobei der Chip dafür ausgelegt ist, einen elektrischen Parameter in Reaktion auf einen Druckunterschied über der Membran zu ändern; einen elektrischen Leiter, der den Anschluss mit der Anschlussleitung verbindet; eine Pressmasse, die den elektrischen Leiter, den Chip und einen Abschnitt der Anschlussleitung ummantelt; und einen Hohlraum in der Pressmasse, der die Membran freilegt, wobei die Pressmasse eine Rippe aufweist, die von einer Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum vorsteht, wobei die Rippe den Hohlraum umgibt, um einen Dichtungsring zu bilden.
  18. Drucksensor-Package nach Anspruch 17, wobei die Rippe eine Querschnittsform besitzt, die sich über eine Höhe der Rippe ändert, so dass die Dicke der Rippe näher bei dem Hohlraum größer und weiter entfernt von dem Hohlraum kleiner ist.
  19. Verfahren zum Herstellen eines Drucksensor-Package, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Halbleiter-Chips und einer Anschlussleitung, die voneinander beabstandet sind, wobei der Chip einen Anschluss und eine Membran umfasst, die auf einer ersten Seite des Chips angeordnet ist oder sind, wobei der Anschluss durch einen elektrischen Leiter mit der Anschlussleitung verbunden ist, wobei der Chip dafür ausgelegt ist, einen elektrischen Parameter in Reaktion auf einen Druckunterschied über der Membran zu ändern; Ummanteln des elektrischen Leiters, des Chips und eines Abschnitts der Anschlussleitung mit einer Pressmasse; Bilden eines Hohlraums in der Pressmasse, der die Membran freilegt; und Bilden eines Dichtungsrings auf einer Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum, wobei der Dichtungsring den Hohlraum umgibt und einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse aufweist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, das ferner umfasst: Anordnen des Chips und der Anschlussleitung in einer Form eines Formwerkzeugs, wobei das Formwerkzeug ferner ein erstes Einlegeteil, das in der Form angeordnet ist, und einen oder mehrere Filme, die den Chip und die Anschlussleitung von einer Oberfläche der Form und einer Oberfläche des ersten Einlegeteils trennen, umfasst, wobei das erste Einlegeteil den Hohlraum definiert, der in der Pressmasse zu bilden ist; Zwingen eines Pressmassen-Materials in die Form, nachdem der Chip und die Anschlussleitung in der Form mit dem ersten Einlegeteil angeordnet worden sind; Ersetzen des ersten Einlegeteils durch ein zweites Einlegeteil in der Form, nachdem das Pressmassen-Material ausgehärtet ist, wobei das zweite Einlegeteil den Dichtungsring definiert, der auf der Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum zu bilden ist; Zwingen eines Dichtungsmaterials in die Form, nachdem das zweite Einlegeteil in der Form angeordnet worden ist; und Entfernen des Drucksensor-Package aus der Form, nachdem das Dichtungsmaterial ausgehärtet ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Bilden des Dichtungsrings auf der Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum umfasst: Auftragen eines Dichtungsmaterials auf der Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum, nachdem die Pressmasse ausgehärtet ist; und Aushärten des Dichtungsmaterials, um den Dichtungsring zu bilden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Pressmasse einen Elastizitätsmodul besitzt, der sich bei Zimmertemperatur zwischen 10 GPa und 100 GPa erstreckt, und der Dichtungsring einen Elastizitätsmodul besitzt, der sich bei Zimmertemperatur zwischen 0,5 MPa und 1 GPa erstreckt.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, das ferner umfasst: Bilden eines Grabens in der Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum; Füllen des Grabens mit einem Dichtungsmaterial, wobei sich das Dichtungsmaterial von der Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum nach außen erstreckt; und Aushärten des Dichtungsmaterials, um den Dichtungsring mit einem Bereich zu bilden, der innerhalb der Pressmasse verankert ist.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, das ferner umfasst: Bilden eines zusätzlichen Dichtungsrings auf der Seite der Pressmasse mit dem Hohlraum, wobei der zusätzliche Dichtungsring den Hohlraum und den anderen Dichtungsring umgibt und einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse aufweist.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, das ferner umfasst: Bilden eines zusätzlichen Hohlraums in der Pressmasse auf der Seite der Pressmasse, die dem anderen Hohlraum gegenüberliegt; und Bilden eines zusätzlichen Dichtungsrings auf der Seite der Pressmasse mit dem zusätzlichen Hohlraum, wobei der zusätzliche Dichtungsring den zusätzlichen Hohlraum umgibt und einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse aufweist.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei der Chip ferner eine zusätzliche Membran umfasst, die auf der ersten Seite des Chips angeordnet und von der anderen Membran beabstandet ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: Bilden eines zusätzlichen Hohlraums in der Pressmasse auf der Seite der Pressmasse mit dem anderen Hohlraum, wobei der zusätzliche Hohlraum von dem anderen Hohlraum um einen Bereich der Pressmasse seitlich beabstandet ist und die zusätzliche Membran freilegt; und Bilden eines zusätzlichen Dichtungsrings auf der Seite der Pressmasse mit den Hohlräumen, wobei der zusätzliche Dichtungsring den zusätzlichen Hohlraum umgibt und einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Pressmasse aufweist.
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