DE10201710B4 - Halbleitersensor für eine physikalische Größe mit Einstell-Anschlussflächen für eine digitale Einstellung eines Sensorausgangssignals und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Halbleitersensor für eine physikalische Größe mit Einstell-Anschlussflächen für eine digitale Einstellung eines Sensorausgangssignals und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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Mutsuo Nishikawa
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Abstract

Halbleitersensor für eine physikalische Größe mit
einem Stromversorgungsanschluß,
einem Masseanschluß, und
einem Halbleiterchip (11), der
einen Sensorabschnitt (12), eine Verarbeitungsschaltung, die Ausgangssignale aus dem Sensorabschnitt (12) verarbeitet, und mehrere Anschlußflächen (13–17) aufweist, die eine Stromversorgungsanschlußfläche (15), eine Masseanschlußfläche (17), eine Sensorausgangssignal-Anschlussfläche (16) und Einstell-Anschlussflächen (13, 14) für eine digitale Einstellung eines Sensorausgangssignals enthalten, wobei
erste Einstell-Anschlußflächen (14), innerhalb des Halbleiterchips (11) auf das Potential der Masseanschlußfläche (17) gelegt sind und zweite Einstell-Anschlußflächen (13) innerhalb des Halbleiterchips (11) auf das Potential der Stromversorgungsanschlußfläche (15) gelegt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Einstell-Anschlußflächen (14) und die Masseanschlußfläche (17) außerhalb des Halbleiterchips (11) elektrisch mit dem Masseanschluß verbunden sind und die zweiten Einstell-Anschlußflächen (13) und die Stromversorgungsanschlußfläche (15) außerhalb des Halbleiterchips (11) elektrisch mit dem Stromversorgungsanschluß verbunden sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe wie beispielsweise einen Drucksensor oder einen Beschleunigungssensor, der für Anwendungen in Automobilen oder für medizinische Zwecke oder industrielle Anwendungen verwendet wird.
  • Die zunehmende Anzahl, Dichte und Leistung von verschiedenen fortschrittlichen Steuersystemen in Fahrzeugen und der elektrischen oder elektromagnetischen Strahlung, die mit den Kommunikationserfordernissen der fortgeschrittenen informationsbasierten Gesellschaft verknüpft sind, hat zu zunehmenden Störungen geführt. Dementsprechend besteht ein großer Bedarf an Verbesserungen bei der Störfestigkeit elektronischer Komponenten zur Verwendung in Automobilen. Außerdem sind Druck-, Beschleunigungs- und andere Sensoren meistens so ausgelegt, daß sie kleine Signale verstärken und somit bei Störungen sehr störanfällig sind. Dies trifft auch bei medizinischen oder industriellen Sensoren zu.
  • Durch Störungen verursachte spezielle Defekte in Sensoren sind beispielsweise die Zerstörung von Elementen aufgrund von statischer Elektrizität oder von Überspannungen und Fehlfunktionen von Sensorsignalen, die durch Strahlungs- oder Ausbreitungsstörungen induziert werden. Es sind Maßnahmen erforderlich, um diese Defekte zu verhindern.
  • Um Strahlungs- und Ausbreitungsstörungen zu verhindern, sind herkömmliche Drucksensoren gemäß Darstellung in 7 aufgebaut. In derartigen Drucksensoren blockt eine metalldosenförmige Metallkappe 64 mögliche externe Strahlungsstörungen ab, um zu verhindern, daß ein auf einem Glassockel 62 montierter Drucksensorchip 61 dadurch beeinträchtigt wird. Außerdem sind Durchführungskondensatoren 66 mit etwa 1 bis 10 nF in Anschlußabschnitten (ein Druckeinlaßrohr 63 und eine Metallplatte 65) montiert, um Ausbreitungsstörungen hiervon fernzuhalten.
  • Ein herkömmlicher Aufbau mit einem derartigen dosenförmigen Gehäuse, der Metallkappe 64 und den Durchführungskondensatoren 66 erhöht jedoch die Kosten des Sensors.
  • Bei einem weiteren herkömmlichen Drucksensor, der ein Kunstharzgehäuse aufweist, wie in 8 gezeigt, ist eine Metallplatte 74 in einen äußeren Gehäuseteil aus Kunstharz eingebettet, um einen Drucksensorchip 71 auf einem Glassockel 72 vor Strahlungsstörungen zu schützen, oder ein Durchführungskondensator ist auf einem externen Substrat 75 montiert, um Ausbreitungsstörungen von einem Anschluß (Stecker 76) zu entfernen.
  • Selbst bei solchen herkömmlichen Gehäusekonfigurationen erhöht jedoch das Vorsehen der zusätzlichen Teile, d. h. der Metallplatte 74 und der Durchführungskondensatoren, die Kosten.
  • In der DE 199 03 585 A1 , ist ein Halbleitersensor, der in unterschiedlichen Einsatzgebieten wie etwa auf dem medizinischen Sektor, bei Kraftfahrzeugen, bei der Messung und der Kalibrierung eingesetzt wird, gezeigt. Dabei ist ein Gehäuse zur Aufnahme des Halbleiterchips vorgesehen wobei eine Hauptfläche vorgesehen ist an der der Chip montiert ist. Die Hauptfläche ist an ihren beiden gegenüberliegenden Seiten mit einer Mehrzahl von Anschlüssen versehen, über die die Verbindung mit Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Chips hergestellt wird.
  • In der DE 198 08 664 A1 , ist eine integrierte Schaltung und ein Verfahren zum Prüfen der integrierten Schaltung über auf einer Hauptfläche der Schaltung angeordnete Kontaktflächen gezeigt. Die Schaltung weist dabei wenigstens eine erste und eine zweite Kontaktfläche zur Datenübertragung von und zu einer ersten bzw. einer zweiten Teilschaltung in einer ersten Betriebsart der Schaltung auf, wobei in einer zweiten Betriebsart der Schaltung die zweite Kontaktfläche zur Datenübertragung von und zu der ersten Teilschaltung dient.
  • In der US 5 880 596 A , ist ein Design einer integrierten Schaltung und eine Methode für die optionale Konfigurationen abhängig von der Verbindung der Bonddrähte gezeigt. Die Konstruktion behält die Flexibilität der Betriebsweise der integrierten Schaltung während der Herstellung und Prüfung der Wafer, und auch bei der Verpackung der integrierten Schaltung.
  • In der US 5 675 178 A , ist ein Verfahren und eine Einrichtung gezeigt, bei der mehrere Produkte auf einem IC-Chip angebracht sind und es notwendig wird, ohne einer Bindung oder eines Steueradresseingangs die Verbindung der IC-Eingänge auf eine Spannung der richtigen Polung zu bringen.
  • In der JP H02-140 964 A , ist Bondpad gezeigt welches mit einem Inverter verbunden ist. Das Bondpad wird mit einem Pull-up-Widerstand verbunden und ein Kissen wird mit einem Leiterrahmen verbunden durch einen Bonddraht.
  • In der US 5 754 879 A , ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermöglichen einer integrierten Schaltung, in einem von einer Vielzahl von Betriebsarten durch die Bereitstellung einer Mehrzahl von Modusbondinseln fest verdrahtet werden gezeigt.
  • In der JP H10-96 743 A , ist ein Sensorelement, ein Regel IC mit PROM-Speicherdaten für die Regulierung Ausgangscharakteristik und digitale Regeleingangselektroden welche auf einem Substrat vorgesehen sind gezeigt. Ein Sondengerät ist in Kontakt mit der digitalen Regeleingangselektrode gebracht und zur Fixierung des Substrats mit einem Gehäuse, so dass im PROM das digitale Trimmen gespeichert wird.
  • In der JP H04-267 550 A , ist eine LOC Leiterrahmenkonstruktion für die Montage einer Halbleitereinrichtung und eine gemeinsame Sammelschiene auf einem Leiterrahmen entlang der Längsrichtung angelegt, die mit der Stromschiene angeschlossen ist gezeigt.
  • In der EP 0 913 865 A2 , ist eine integrierte Schaltung, mit einer Plattform mit einer Mehrzahl von Befestigungsleiter mit geringer Induktivität welche auf einer ersten Seite davon gebildet sind gezeigt. Dabei ist ein Hohlraum auf einer zweiten Seite der Plattform gebildet.
  • In EP 0 637 081 A2 , ist eine Leiterrahmen mit mehreren ICs gezeigt. Die ersten Enden der Leiterrahmen sind dabei elektrisch mit den Anschlüssen des ICs verbunden und in einem Kunststoffgehäuse zusammen mit den ICs verkapselt. Die zweiten Enden des Leiterrahmens werden als aus dem Gehäuse vorstehende Steckverbindungselemente ausgebildet.
  • In EP 0 416 726 A2 , ist ein in Kunststoff integrierter IC gezeigt. Ein oder mehrere getrennte Boden-/ oder Energieflächen sind unter den Signalleitungen angeordnet wobei auch elektrisch leitende Wärmesenken vorliegen.
  • In der US 4 314 225 A , ist ein Drucksensor mit einem Halbleitermembran gezeigt wobei mit mindestens einem Diffusorwiderstand in einem Oberflächenbereich eine Siliziummembran gebildet wird.
  • In der US 5 417 312 A , ist ein Halbleiterbeschleunigungssensor gezeigt. Der Sensor umfasst dabei einen Ausleger der mit einer leitfähigen beweglichen Elektrode und vorbestimmten Masse an einem Ende ausgebildet ist, und mindestens ein Paar von festen Elektroden, die stationär in Bezug auf die bewegliche Elektrode, die auf den gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Elektrode ist, angeordnet sind, wobei Lücken vorgesehen sind, zwischen der beweglichen Elektrode und den festen Elektroden.
  • Des weiteren erfordert eine Drucksensorschaltung, die unter Verwendung eines CMOS-Prozesses aufgebaut ist, mehrere Anschlüsse für die digitale Einstellung. In den meisten Fällen sind diese Anschlüsse mit einer externen Vorrichtung durch Drahtbonden verbunden und dienen somit als Wege, durch die externe Störungen in den Sensor eindringen können, wodurch die Störfestigkeit verschlechtert wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu lösen und einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe zu schaffen, der mit relativ geringen Kosten eine deutlich verbesserte Störfestigkeit gegen externe Störungen schafft, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Halbleitersensor bzw. mit einem Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß verbessert die obige Konfiguration die Störfestigkeit eines Halbleitersensors, der digitale Daten in analoge Daten für eine digitale Einstellung in Antwort auf ein Signal von einer Sensorschaltung umsetzt, die angibt, daß eine analoge Größe erfaßt worden ist. Des weiteren kann erfindungsgemäß ein Halbleitersensor mit hoher Störfestigkeit in einem Gehäuse implementiert werden. Darüber hinaus kann erfindungsgemäß ein Halbleitersensor mit hoher Störfestigkeit auf einem Montagesubstrat implementiert werden. Schließlich kann erfindungsgemäß ein Halbleitersensor mit hoher Störfestigkeit in einfacher Weise implementiert werden.
  • Weitere Vorteile und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, nicht beschränkenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 eine Draufsicht einer Anordnung von Anschlußflächen eines Halbleitersensorchips zur Verwendung in jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 eine Draufsicht einer Konfiguration eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 3(A) und 3(B) eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 4(A) und 4(B) eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 5 eine Draufsicht einer Konfiguration eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 6(A) und 6(B) Graphen der vor der Implementierung der vorliegenden Erfindung gewonnenen Ergebnisse eines Tests (elektrische Feldstärke: 200 V/m) bzw. der nach der Implementierung der vorliegenden Erfindung gewonnenen Ergebnisse eines Tests (elektrische Feldstärke: 200 V/m),
  • 7 eine Schnittansicht eines Beispiels eines herkömmlichen Drucksensors und
  • 8 eine Schnittansicht eines anderen Beispiels eines herkömmlichen Drucksensors.
  • 1 zeigt eine Konfiguration eines Halbleitersensorchips, der für einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe verwendet wird, der in den später beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird. In 1 weist ein Halbleiterchip 11 einen Sensorabschnitt 12 (bei dem beispielsweise eine auf einer Druckerfassungsmembran (nicht gezeigt) gebildeter Dehnungsmesser gebildet ist), eine Verarbeitungsschaltung, die Ausgangssignale aus dem Dehnungsmesser verarbeitet, sowie Anschlußflächen 13 bis 17 auf, die alle auf dem Chip gebildet sind.
  • Die Anschlußflächen 13 bis 17 umfassen eine auf ein hohes Potential (Speisepotential) der Stromversorgung hochgezogene (beispielweise über einen Widerstand mit einem Punkt hohen Potentials verbundene) Anschlußfläche 13 für die digitale Einstellung, eine auf ein niedriges Potential (Massepotential) der Stromversorgung herabgezogene (beispielweise über einen Widerstand mit Masse verbundene) Anschlußfläche 14 für die digitale Einstellung, eine Stromversorgungsanschlußfläche (Vcc) 15, eine Sensorausgangssignalnschlußfläche (Vout) 16 und eine Masseanschlußfläche (GND) 17. Wie der Halbleitersensorchip 11 sind die Anschlußflächen in zwei Gruppen unterteilt: Eine Gruppe 18 aus Anschlußflächen (Anschlußflächen 13 und 15), die an eine Stromversorgung außerhalb des Halbleitersensorchips 11 angeschlossen sind, und eine Gruppe 19 von Anschlußflächen (Anschlußflächen 14 und 17), die an Masse außerhalb des Halbleitersensorchips 11 angeschlossen sind.
  • Bei dem Halbleitersensorchip 11 wird die Anschlußfläche 13 auf das Speisepotential der Stromversorgung (normalerweise High) hochgezogen. Außerdem wird die Anschlußfläche 14 auf das Massepotential (normalerweise Low) herabgezogen. Bei dem Halbleitersensorchip 11 sind somit die Anschlußfläche 13 und die Anschlußfläche 14 elektrisch an das Speisepotential bzw. an das Massepotential angeschlossen. Dadurch werden diese Potentiale fixiert, um die Störfestigkeit zu verbessern.
  • Bei dem Halbleiterchip 11 ist die Anschlußfläche 13 relativ nahe bei der Anschlußfläche 15 angeordnet. Diese Anordnung der Anschlußflächen erleichtert den elektrischen Anschluß der Anschlußfläche 13 zusammen mit der Anschlußfläche 15 an die Stromversorgung unter Verwendung eines außerhalb des Halbleiterchips 11 gelegenen externen Stromversorgungsanschlußleiters (nicht gezeigt).
  • Des weiteren ist bei dem Halbleiterchip die Anschlußfläche 14 relativ nahe bei der Anschlußfläche 17 angeordnet. Eine derartige Anordnung der Anschlußflächen erleichtert den elektrischen Anschluß der Anschlußfläche 14 zusammen mit der Anschlußfläche 17 an Masse (GND) unter Verwendung eines außerhalb des Halbleiterchips 11 gelegenen externen Masseverbindungsdrahts (nicht gezeigt).
  • Die obige Anordnung der Anschlußflächen erleichtert die Herstellung der elektrischen Verbindungen außerhalb des Halbleitersensorchips 11, wodurch Umhüllungs- bzw. Abschirmteile vereinfacht werden, was die Kosten reduziert, wobei ein komplizierter Umhüllungsprozeß vermieden wird. Des weiteren sind die Anschlußflächengruppen 18 und 19 mit dem externen Stromversorgungsanschlußleiter bzw. Masseanschlußleiter verbunden, wodurch die Störfestigkeit verbessert wird.
  • Die von Kreisen umschlossenen Zahlen in 1 sind zusätzlich angegeben, um ein einfaches Verständnis der Korrespondenz mit anderen Figuren zu ermöglichen. Die Bezugszahl ➀ bezeichnet die Masseanschlußfläche (GND), ➁ ist die Stromversorgungsanschlußfläche (Vcc), ➂, ➃ und ➄ sind die auf das Massepotential der Stromversorgung herabgezogenen Anschlußflächen für die digitale Einstellung, ➅ und ➆ sind die auf das Speisepotential der Stromversorgung hochgezogenen Anschlußflächen für die digitale Einstellung, und ➇ ist die Ausgabeanschlußfläche für das Sensorsignal (Vout).
  • Erste Ausführungsform
  • 2 zeigt eine Konfiguration eines Halbleitersensors 20 für eine physikalische Größe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Der Halbleitersensorchip 21 in 2 ist dem in 1 gezeigten Halbleitersensorchip 11 äquivalent. In diesem Beispiel ist ein Kunstharzgehäuse 25, in dem der Halbleitersensorchip 21 untergebracht ist, mit einem Leiter 29 zum Anschluß an externe Masse und ein Leiter 28 zum Anschluß an eine externe Stromversorgung vorgesehen. Durch Verwendung dieser Leiter 28 und 29 sind externe Abschnitte des Halbleiterchips 21, deren Potential herabgezogen bzw. hochgezogen ist, an den Masseanschlußleiter 29 bzw. den Stromversorgungsanschlußleiter 28 angeschlossen.
  • Das Kunstharzgehäuse 25 weist acht Leiterrahmen 27 auf: d. h., jeweils vier an seinen zwei Seiten (die Leiterrahmen sind mit 27-➀ bis 27-➁ bezeichnet; der der ”Masseanschlußfläche ➀” entsprechende ist mit ”27-➀” bezeichnet), sowie den Masseanschlußleiter 29 und den Stromversorgungsanschlußleiter 28, die beide in es eingegossen sind. Die Bezugszahl 24 bezeichnet einen Abschnitt des Leiterrahmens 27, der durch das Kunstharrgehäuse 25 durchgeführt ist und in dessen Innerem freiliegt (dieser Abschnitt wird nachstehend als ”innerer freiliegender Abschnitt 24” bezeichnet, und der der ”Masseanschlußfläche ➀” entsprechende ist mit ”24-➀” bezeichnet).
  • Der Leiter 28 ist nahe bei denjenigen der Anschlußflächen, die innerhalb des Kunstharzgehäuses 25 und auf dem Halbleitersensorchip 21 gebildet sind, angeordnet, die an die Stromversorgung angeschlossen sind, d. h. den Anschlußflächen ➁, ➅ und ➆.
  • Der Masseleiter 29 ist nahe bei denjenigen der Anschlußflächen, die innerhalb des Kunstharzgehäuses 25 und auf dem Halbleitersensorchip 21 gebildet sind, angeordnet, die an Masse angeschlossen sind, d. h. den Anschlußflächen ➀, ➂, ➃ und ➄.
  • Ein Teil jedes der Leiter 28 und 29 – beispielsweise ihre entgegengesetzten Enden – sind in das Kunstharzgehäuse 25 eingegossen und gegenüber den Leiterrahmen 27 isoliert.
  • Ein Aufnahmeabschnitt des Kunstharzgehäuses 25 weist einen unter Verwendung eines Klebstoffs – beispielsweise einen auf Basis von Epoxid oder Silikon – mit ihm verbundenen Glassockel (nicht gezeigt) auf, auf dem der Halbleitersensorchip 21 angeordnet ist. Die Anschlußflächen des Halbleitersensorchips 21 sind mit den inneren freiliegenden Abschnitten 24 der entsprechenden Leiterrahmen unter Verwendung beispielsweise von Aluminiumdrähten 26 drahtgebondet und elektrisch verbunden.
  • Die inneren freiliegenden Abschnitte 24-➂, 24-➃ und 24-➄ entsprechend der Masseanschlußfläche ➀ des Halbleitersensorchips 21 und den Anschlußflächen ➂, ➃ und ➄ sind unter Verwendung von Aluminiumdrähten 26 mit dem Masseleiter 29 drahtgebondet und elektrisch verbunden.
  • Die inneren freiliegenden Abschnitte 24-➁, 24-➅ und 24-➆ entsprechend der Stromversorgungsanschlußfläche ➁ des Halbleitersensorchips 21 und den Anschlußflächen ➅ und ➆ sind unter Verwendung von Aluminiumdrähten 26 mit dem Stromversorgungsleiter 28 drahtgebondet und elektrisch verbunden. Sensorausgangssignale werden aus dem Leiterrahmen 27-➇ gewonnen, der der Sensorausgangssignalanschlußfläche ➇ entspricht.
  • Der Masseleiter 29, der Stromversorgungsleiter 28 und der Leiterrahmen 27 sind aus Stoffen wie beispielsweise Phosphorbronze oder Eisen-Nickel-Legierung, insbesondere eine mit 42% Nickel und Rest Eisen, hergestellt.
  • Das Kunstharzgehäuse 25 ist aus Stoffen wie beispielsweise Epoxidharz oder PPS (Polyphenylensulfid) gebildet. Diese Harze dienen dazu, die auf den Halbleitersensorchip 21 ausgeübten thermischen Spannungen zu reduzieren.
  • Der Betrieb des Halbleitersensors 20 für eine physikalische Größe umfaßt das Anlegen einer Speisespannung zwischen den Stromversorgungsleiterrahmen 27-➁ und den Masseanschlußrahmen 27-➀, Umsetzen (beispielsweise) eines von einem Sensorabschnitt 22 des Halbleitersensorchips 21 erfaßten Drucks in ein elektrisches Signal und das Verarbeiten dieses Signals in der Verarbeitungsschaltung, um das verarbeitete Signal über den Leiterrahmen 27-➇ an der Anschlußfläche ➇ auszugeben.
  • Die Einstellung von Ausgangssignalen aus dem Halbleitersensor 20 für eine physikalische Größe wird nun beschrieben. Die (acht) Anschlußflächen des Halbleitersensorchips 21 sind mit den entsprechenden inneren freiliegenden Abschnitten 24 drahtgebondet und elektrisch verbunden. Um ein vorbestimmtes Ausgangssignal aus dem Halbleitersensor auf eine physikalische Größe zu gewinnen, werden Einstellgrößen über die Leiterrahmen 27-➂ bis 27-➆ in ein EPROM oder ähnliches geschrieben, das für die elektrische Einstellung in den Halbleitersensorchip 21 eingebaut ist. Nach dieser Einstellung werden, um die Anschlußflächen ➅ und ➆ auf das Speisepotential außerhalb des Halbleitersensorchips 21 zu fixieren, die inneren freiliegenden Abschnitte 26-➅ und 26-➆ mit dem Stromversorgungsleiter 28 drahtgebondet. Des weiteren werden, um die Anschlußflächen ➂, ➃ und ➄ auf das Potential außerhalb des Halbleitersensorchips 21 herabgezogen, die inneren freiliegenden Abschnitte 24-➂, 24-➃ und 24-➄ mit dem Masseleiter 29 drahtgebondet.
  • Bei dieser Konfiguration wird das Potential der Einstellanschlußflächen auf das Speisepotential oder das Massepotential außerhalb des Halbleitersensorchips 21 fixiert. Demzufolge wird selbst dann, wenn der Sensor einer Störung unterworfen ist, das Potential der Anschlußflächen an einer Änderung gehindert, wodurch eine Fehlfunktion des Halbleitersensors 20 verhindert wird.
  • Der Masseleiter 29 kann einstückig mit dem Masseleiterrahmen 27-➀ gebildet sein, während der Stromversorgungsleiter 28 einstückig mit dem Stromversorgungsleiterrahmen 27-➁ gebildet sein kann. Eine derartige einstückige Ausbildung verhindert ebenfalls Fehlfunktionen.
  • Zweite Ausführungsform
  • 3 zeigt eine Konfiguration, bei der ein Halbleitersensor 30 für eine physikalische Größe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem ihn umhüllenden Kunstharzgehäuse untergebracht ist.
  • Der Halbleitersensor 30 für eine physikalische Größe entspricht dem in 2 gezeigten Halbleitersensor 20, bei dem der Stromversorgungsleiter 28 und der Masseleiter 29 außerhalb des Kunstharzgehäuses 25 angeordnet sind und nicht in ihm (dies ist ein Beispiel, bei dem Größen- oder Montagebeschränkungen verhindern, daß der Stromversorgungsleiter 28 und der Masseleiter 29 in das Kunstharzgehäuse 25 eingebaut werden).
  • D. h., gemäß 3 umfaßt der Halbleitersensor 30 ein Kunstharzgehäuse 35 mit acht Leiterrahmen 37, d. h. jeweils vier an seinen zwei Seiten (die Leiterrahmen sind mit 37-➀ bis 37-➇ bezeichnet; der der ”Anschlußfläche ➀” entsprechende ist mit ”37-➀” bezeichnet), einen in einem Aufnahmeabschnitt des Gehäuses 35 unter Zwischenlage eines Glassockels 32 aufgenommenen Halbleitersensorchip 31, Drähte 36, die jeweils eine Anschlußfläche des Halbleitersensorchips 31 mit einem inneren freiliegenden Abschnitt eines entsprechenden Leiterrahmens 37 verbinden, einen Stromversorgungsleiter 38, der die Leiterrahmen 37-➁, 37-➅ und 37-➆ nach außen anschließt, und einen Masseleiter 39, der die Leiterrahmen 37-➀, 37-➂, 37-➃ und 37-➄ nach außen anschließt.
  • Der Stromversorgungsleiter 38 und der Masseleiter 39 sind außerhalb des Kunstharzgehäuses 35 angeordnet und auf derjenigen Seite des Kunstharzgehäuses 35 gebildet, die von der Seite abgewandt ist, an der der Halbleitersensorchip 31 montiert ist. Die Leiter 38 und 39 können sich in Kontakt mit dem Kunstharzgehäuse 35 befinden, müssen dies aber nicht.
  • Die Einstellung der Ausgangssignale aus dem Halbleitersensor 30 wird nun beschrieben. Die Anschlußflächen des Halbleitersensorchips 31 sind mit den inneren freiliegenden Abschnitten der entsprechenden Leiterrahmen 37 drahtgebondet und mit ihnen elektrisch verbunden. Um ein vorbestimmtes Ausgangssignal aus dem Halbleitersensor zu gewinnen, werden Einstellgrößen über die Leiterrahmen 37-➂ bis 37-➆ in ein EPROM oder ähnliches geschrieben, das für die elektrische Einstellung in dem Halbleitersensorchip eingebaut ist. Nach dieser Einstellung wird, um die Anschlußflächen ➅ und ➆ auf das Speisepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 35 zu fixieren, der Stromversorgungsleiter 38 elektrisch mit den Leiterrahmen 37-➁, 37-➅ und 37-➆ verbunden. Außerdem wird, um die Anschlußflächen ➂, ➃ und ➄ auf das Massepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 35 zu fixieren, der Masseleiter 39 elektrisch mit den Leiterrahmen 37-➀, 37-➂, 37-➃ und 37-➄ verbunden.
  • In 3 umfaßt der Sensor ein Umhüllungskunstharzgehäuse 34 mit einem Steckverbinderanschluß 70 (der sich aus einem Stromversorgungsanschluß, einem Masseanschluß und einem Ausgangssignalanschluß zusammensetzt), der in es eingegossen ist, einen Aufnahmeabschnitt für das Kunstharzgehäuse und in diesem Fall eine Zugangsöffnung 100, durch die der Druck Zugang hat. Das Umhüllungskunstharzgehäuse 34 ist beispielsweise aus einem auf Nylon basierenden Kunstharz oder PBTP (Polybutylenterephthalat) gebildet. Der Steckverbinderanschluß 70 ist aus Phosphorbronze oder Eisen-Nickel-Legierung, insbesondere eine mit 42% Nickel und Rest Eisen, gebildet.
  • Das Kunstharzgehäuse 35 ist mit dem Aufnahmeabschnitt des Umhüllungskunstharzgehäuses 34 unter Verwendung eines Klebstoffs, beispielsweise einem auf Silikon oder Epoxid basierenden, verbunden. Der Halbleitersensorchip 31 in dem Kunstharzgehäuse 35 ist der Zugangsöffnung 100 gegenüber positioniert.
  • Von den Leiterrahmen 37 des Kunstharzgehäuses 35 ist der mit der Masseanschlußfläche ➀ des Halbleitersensorchips 31 drahtgebondete und verbundene, 37-➀, an den Masseanschluß des Steckverbinderanschlusses 70 angeschlossen. Der an die Stromversorgungsanschlußfläche ➁ angeschlossene Leiterrahmen 37-➁ ist an den Stromversorgungsanschluß des Steckverbinderanschlusses 70 angeschlossen, und der an die Sensorsignalausgabefläche ➇ angeschlossene Leiterrahmen 37-➇ ist an den Ausgangsanschluß des Steckverbinderanschlusses 70 angeschlossen. Alternativ ist den Leiterrahmen 37 des Kunstharzgehäuses 35 der mit der Masseanschlußfläche ➀ des Halbleitersensorchips 31 drahtgebondete und verbundene, 37-➀, an den Stromversorgungsanschluß des Steckverbinderanschlusses 70 angeschlossen. Der an die Stromversorgungsanschlußfläche ➁ angeschlossene Leiterrahmen 37-➁ ist denn an den Masseanschluß des Steckverbinderanschlusses 70 angeschlossen, und der an die Sensorsignalausgabefläche ➇ angeschlossene Leiterrahmen 37-➇ ist an den Ausgangsanschluß des Steckverbinderanschlusses 70 angeschlossen.
  • Ein Umhüllungskunstharzdeckel 33 ist mit dem Umhüllungskunstharzgehäuse 34 unter Verwendung eines Klebstoffs, beispielsweise einem auf Silikon oder Epoxid basierenden, verbunden.
  • Bei dem Steckverbinderanschluß 70 setzen sich die Anschlußabschnitte des Stromversorgungsanschlusses und des Masseanschlusses jeweils aus drei Schichten zusammen, nämlich dem Anschluß 70, dem Leiterrahmen 37 und dem Leiter 38 (bzw. 39), während sich der Anschlußabschnitt des Ausgangsanschlusses aus dem Ausgangsanschluß und dem Leiterrahmen 37 zusammensetzt. Die anderen Anschlußabschnitte setzen sich jeweils aus dem Leiterrahmen 37 und dem Leiter 38 (bzw. 39) zusammen. Diese Anschlußabschnitte werden durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden.
  • Bei dieser Konfiguration wird das Potential der Einstellanschlußflächen auf das Speisepotential oder das Massepotential außerhalb des Halbleitersensorchips 31 (auch außerhalb des Kunstharzgehäuses 35) fixiert. Demzufolge wird selbst dann, wenn der Sensor einer Störung unterworfen ist, verhindert, daß das Potential der Anschlußflächen variiert, wodurch Fehlfunktionen des Halbleitersensors 30 verhindert werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • 4 zeigt eine Konfiguration, bei der ein Halbleitersensor 40 für eine physikalische Größe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in einem Umhüllungskunstharzgehäuse untergebracht ist.
  • Der Halbleitersensor 40 in 4 ist dem in 3 gezeigten Halbleitersensor 30 ähnlich.
  • D. h., gemäß 4 umfaßt der Halbleitersensor 40 ein Kunstharzgehäuse 45 mit acht Leiterrahmen 37, d. h. jeweils vier an seinen beiden Seiten (die Leiterrahmen sind mit 47-➀ bis 47-➇ bezeichnet; der der ”Masseanschlußfläche ➀” entsprechende ist mit ”47-➀” bezeichnet), einen in einem Aufnahmeabschnitt des Gehäuses 45 unter Zwischenlage eines Glassockels 42 untergebrachten Halbleitersensorchip 41, Aluminiumdrähte 46, die jeweils eine Anschlußfläche des Halbleitersensorchips 41 mit einem inneren freiliegenden Abschnitt eines entsprechenden Leiterrahmens 47 verbinden, einen Stromversorgungsleiter 48, der die Leiterrahmen 47-➁, 47-➅ und 47-➆ nach außen elektrisch anschließt, und einen Masseleiter 49, der die Leiterrahmen 47-➀, 47-➂, 47-➃ und 47-➄ nach außen elektrisch anschließt.
  • Der Stromversorgungsleiter 48 und der Masseleiter 49 sind außerhalb des Kunstharzgehäuses 45 angeordnet und in diesem Fall in einem Umhüllungskunstharzgehäuse 44 gebildet.
  • Die Einstellung von Ausgangssignalen aus dem Halbleitersensor 40 wird nun beschrieben. Die Anschlußflächen des Halbleitersensorchips 41 sind mit den inneren freiliegenden Abschnitten der entsprechenden Leiterrahmen 47 drahtgebondet und elektrisch mit ihnen verbunden. Um ein vorbestimmtes Ausgangssignal aus dem Halbleitersensor zu gewinnen, werden Einstellgrößen über die Leiterrahmen 47-➂ bis 47-➆ in ein EPROM oder ähnliches geschrieben, das für die elektrische Einstellung in den Halbleitersensorchip 41 eingebaut ist. Nach dieser Einstellung wird, um die Anschlußflächen ➅ und ➆ auf das Speisepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 45 zu fixieren, der Stromversorgungsleiter 48 mit den Leiterrahmen 47-➁, 47-➅ und 47-➆ elektrisch verbunden. Außerdem wird, um die Anschlußflächen ➂, ➃ und ➄ auf das Massepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 45 zu fixieren, der Masseleiter 49 mit den Leiterrahmen 47-➀, 47-➂, 47-➃ und 47-➄ elektrisch verbunden.
  • Unter Bezug auf 4 wird nun die Konfiguration beschrieben, in der der Halbleitersensor 40 im Umhüllungskunstharzgehäuse 44 untergebracht ist. Das Umhüllungskunstharzgehäuse 44 umfaßt einen Stromversorgungsleiter 48A, der durch Integrieren eines Stromversorgungsanschlusses eines Steckverbinderanschlusses 80 und des Leiters 48 für den externen Stromversorgungsanschluß gebildet ist, einen Masseleiter 49A, der durch Integrieren eines Masseanschlusses des Steckverbinderanschlusses 80 und des Leiters 49 für den externen Anschluß an Masse gebildet ist, und einen Ausgangsanschluß des Steckverbinderanschlusses 80, die jeweils in das Gehäuse eingegossen sind. Des weiteren ist, wie in dem in 3 dargestellten Fall, das Umhüllungskunstharzgehäuse 44 mit einem Aufnahmeabschnitt für das Kunstharzgehäuse und einer Zugangsöffnung 110 versehen, durch die der Druck Zugang hat. Die Anschlußleiter 48A und 49A sind aus Stoffen wie beispielsweise Phosphorbronze oder Eisen-Nickel-Legierung, insbesondere eine mit 42% Nickel und Rest Eisen, gebildet.
  • Des Kunstharzgehäuse 45 ist mit dem Aufnahmeabschnitt des Umhüllungskunstharzgehäuses 44 unter Verwendung eines Klebstoffs, beispielsweise einem auf Silikon oder Epoxid basierenden, verbunden. Der Halbleitersensorchip 41 im Kunstharzgehäuse 45 ist der Zugangsöffnung 110 gegenüber positioniert.
  • Ein Umhüllungskunstharzdeckel 43 ist mit dem Umhüllungskunstharzgehäuse 44 unter Verwendung eines Klebstoffs, beispielsweise einem auf Silikon oder Epoxid basierenden, verbunden.
  • Von den Leiterrahmen 47 des Kunstharzgehäuses 45 sind die Leiterrahmen 47-➁, 47-➅ und 47-➆ mit dem Stromversorgungsleiter 48A verbunden. In ähnlicher Weise sind die Leiterrahmen 47-➀, 47-➂, 47-➃ und 47-➄ mit dem Masseleiter 49A verbunden, während der Leiterrahmen 47-➇ mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist. Diese Verbindungsabschnitte setzen sich jeweils aus zwei Schichten zusammen, nämlich dem Leiter 48A (bzw. 49A) für den externen Anschluß und dem Leiterrahmen 47, die durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden sind.
  • Bei dieser Konfiguration wird das Potential der Einstellanschlußflächen auf dem Speisepotential oder dem Massepotential außerhalb dem Halbleitersensorchip 41 (auch außerhalb des Kunstharzgehäuses 45) fixiert. Demzufolge wird das Potential der Anschlußflächen selbst dann gehindert zu variieren, wenn der Sensor einer Störung unterworfen ist, wodurch verhindert wird, daß der Halbleitersensor 40 Fehlfunktionen aufweist.
  • Vierte Ausführungsform
  • 5 zeigt eine Konfiguration, bei der ein Halbleitersensor 50 für eine physikalische Größe gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung auf einem Substrat montiert ist.
  • Der Halbleitersensor 50 in 5 ist dem in 3 gezeigten Halbleitersensor 30 ähnlich.
  • D. h., gemäß 5 umfaßt der Halbleitersensor 50 (ein Halbleitersensorchip, Drähte oder innere freiliegende Abschnitte der Leiterrahmen 57 in einem Kunstharzgehäuse 55 sind nicht dargestellt) ein Kunstharzgehäuse 55 mit acht Leiterrahmen 57, d. h. jeweils vier an seinen beiden Seiten (die Leiterrahmen sind mit 57-➀ bis 57-➇ bezeichnet; der der ”Masseanschlußfläche ➀” entsprechende ist mit ”57-➀” bezeichnet), den in einem Aufnahmeabschnitt des Gehäuses 55 unter Zwischenlage eines Glassockels untergebrachten Halbleitersensorchip, die Aluminiumdrähte, von denen jeder eine Anschlußfläche des Halbleitersensorchips mit dem inneren freiliegenden Abschnitt des entsprechenden Leiterrahmens 57 verbindet, einen Stromversorgungsleiter 58A, der die Leiterrahmen 57-➁, 57-➅ und 57-➆ nach außen anschließt, und einen Masseleiter 59A, der die Leiterrahmen 57-➀, 57-➂, 57-➃ und 57-➄ nach außen anschließt.
  • Der Stromversorgungsleiter 58A und der Masseleiter 59A sind außerhalb des Kunstharzgehäuses 55 angeordnet und in diesem Fall auf einem Substrat 200 gebildet.
  • Gemäß 5 weist ein Substrat 200 (beispielsweise ein Glasepoxidharzsubstrat, ein Keramiksubstrat oder ähnliches) einen Stromversorgungsanschlußleiter 58A, der einen Stromversorgungsleiter und einen damit integrierten Leiter für den externen Anschluß an die Stromversorgung umfaßt, einen Masseanschlußleiter 59A, der einen Masseleiter und einen damit integrierten Leiter für den externen Anschluß an Masse umfaßt, und einen Sensorausgangssignalleiter 90 auf, wobei die Leiter auf dem Substrat in unterschiedlichen vorbestimmten Mustern gebildet sind. Der Stromversorgungsanschlußleiter 58A, der Masseanschlußleiter 59A und der Sensorausgangssignalleiter 90 auf dem Substrat 200 weisen Durchkontaktierungslöcher 210 auf, die an Stellen entsprechend den jeweiligen Leiterrahmen 57 des Kunstharzgehäuses 55 gebildet sind. Die Leiterrahmen 57 des Kunstharzgehäuses 55 werden umgebogen, in die im Substrat 200 gebildeten entsprechenden Durchkontaktierungslöcher 210 eingesetzt und dann verlötet.
  • Die Einstellung von Ausgangssignalen aus dem Halbleitersensor 50 wird nun beschrieben. Die Anschlußflächen des Halbleitersensorchips sind mit den inneren freiliegenden Abschnitten der entsprechenden Leiterrahmen 57 drahtgebondet und elektrisch verbunden. Um ein vorbestimmtes Ausgangssignal aus dem Halbleitersensor 50 zu gewinnen, werden Einstellgrößen über die Leiterrahmen 57-➂ bis 57-➆ in ein EPROM oder ähnliches geschrieben, das für die elektrische Einstellung im Halbleitersensorchip eingebaut ist. Nach dieser Einstellung werden, um die Anschlußflächen ➅ und ➆ auf das Speisepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 55 zu fixieren, die Leiterrahmen 57-➁, 57-➅ und 57-➆ mit dem auf dem Substrat 200 gebildeten Stromversorgungsanschlußleiter 58A elektrisch verbunden. Außerdem werden, um die Anschlußflächen ➂, ➃ und ➄ auf das Massepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 55 zu fixieren, die Leiterrahmen 57-➀, 57-➂, 57-➃ und 57-➄ mit dem auf dem Substrat 200 gebildeten Masseanschlußleiter 59A elektrisch verbunden.
  • Bei dieser Konfiguration wird das Potential der Einstellanschlußflächen auf das Speisepotential oder das Massepotential außerhalb des Halbleitersensorchips (auch außerhalb des Kunstharzgehäuses 55) fixiert. Somit wird das Potential der Anschlußflächen selbst dann daran gehindert zu variieren, wenn der Sensor einer Störung unterworfen ist, wodurch eine Fehlfunktion des Halbleitersensors 50 vermieden wird.
  • In diesem Beispiel weist das Substrat 200 die in ihm gebildeten Durchkontaktierungslöcher 210 auf, aber die Leiterrahmen 57 können auch ohne jegliche Durchkontaktierungslöcher 210 durch Umbiegen der Enden der Leiterrahmen 57 mit dem Stromversorgungsanschlußleiter 58A, dem Masseanschlußleiter 59A und dem Sensorausgangssignalleiter 90 elektrisch verbunden werden.
  • 6(A) zeigt die Ergebnisse eines EMB-Tests bei einem herkömmlichen Drucksensor unter Verwendung einer elektrischen Feldstärke von 200 V/m. 6(B) zeigt die Ergebnisse eines EMB-Tests bei einem Drucksensor, bei dem die vorliegende Erfindung implementiert wurde, wobei der Test ebenfalls eine elektrische Feldstärke von 200 V/m verwendet.
  • Die 6 geben an, daß die vorliegende Erfindung die Stärke der Variationen im Ausgangssignal des Sensors unter einer Feldemission mit einer elektrischen Feldstärke von 200 V/m erheblich reduziert. Somit ist nachgewiesen, daß die vorliegende Erfindung die Störfestigkeit gegen externe Störungen dramatisch verbessert.
  • In den dargestellten Ausführungsformen weist der Halbleitersensorchip acht Anschlußflächen auf. Eine der Anschlußflächen wird für die Stromversorgung verwendet und eine für Masse, und zwei sind die Anschlußflächen 13 für die digitale Einstellung, die zum Hochziehen auf das Speisepotential der Stromversorgung bestimmt sind, während die verbleibenden drei die Anschlußflächen 14 für die digitale Einstellung sind, die zum Herabziehen auf das Massepotential der Stromversorgung bestimmt sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anzahl an Anschlußflächen beschränkt.
  • Die Halbleitersensorchips wurden dahingehend beschrieben, daß sie Halbleiterdehnungsmesser sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Chips beschränkt; es können aber genauso gut auch Chips auf der Basis der elektrostatischen Kapazität, freitragende (cantilever type) oder verschiedene andere Halbleitersensorchips verwendet werden.
  • Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß die Störfestigkeit gegenüber externen Störungen dramatisch verbessert werden, indem die Stärke von Variationen des Ausgangssignals des Sensors unter einer Feldemission mit beispielsweise einer elektrischen Feldstärke von 200 V/m auf unterhalb von 20 mV reduziert wird, Außerdem schafft die vorliegende Erfindung einen relativ kostengünstigen, exakt arbeitenden und zuverlässigen Halbleitersensor für eine physikalische Größe.

Claims (5)

  1. Halbleitersensor für eine physikalische Größe mit einem Stromversorgungsanschluß, einem Masseanschluß, und einem Halbleiterchip (11), der einen Sensorabschnitt (12), eine Verarbeitungsschaltung, die Ausgangssignale aus dem Sensorabschnitt (12) verarbeitet, und mehrere Anschlußflächen (1317) aufweist, die eine Stromversorgungsanschlußfläche (15), eine Masseanschlußfläche (17), eine Sensorausgangssignal-Anschlussfläche (16) und Einstell-Anschlussflächen (13, 14) für eine digitale Einstellung eines Sensorausgangssignals enthalten, wobei erste Einstell-Anschlußflächen (14), innerhalb des Halbleiterchips (11) auf das Potential der Masseanschlußfläche (17) gelegt sind und zweite Einstell-Anschlußflächen (13) innerhalb des Halbleiterchips (11) auf das Potential der Stromversorgungsanschlußfläche (15) gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Einstell-Anschlußflächen (14) und die Masseanschlußfläche (17) außerhalb des Halbleiterchips (11) elektrisch mit dem Masseanschluß verbunden sind und die zweiten Einstell-Anschlußflächen (13) und die Stromversorgungsanschlußfläche (15) außerhalb des Halbleiterchips (11) elektrisch mit dem Stromversorgungsanschluß verbunden sind.
  2. Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (31) unter Zwischenlage eines Sockels (32) in einem Kunstharzgehäuse (25; 35; 55) angeordnet ist, wobei die ersten Einstell-Anschlußflächen (14) und die Masseanschlußfläche (17) mittels eines Masseleiters (29; 39, 59A) untereinander und mit dem Masseanschluß elektrisch verbunden sind, die zweiten Einstell-Anschlußflächen (13) und die Stromversorgungsanschlußfläche (15) mittels eines Stromversorgungsleiters (27; 37; 57A) untereinander und mit dem Stromversorgungsanschluß verbunden sind und der Masseleiter (29; 39; 59A) und der Stromversorgungsleiter (27; 37; 57A) außerhalb des Halbleiterchips (21) und innerhalb oder außerhalb des Kunstharzgehäuses (25; 35) angeordnet sind.
  3. Halbleitersensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharzgehäuse (55) auf einer Montageplatte (200) angeordnet ist und der Masseleiter (59A) und der Stromversorgungsleiter (57A) auf der Montageplatte (200) ausgebildet sind.
  4. Halbleitersensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleitersensor ein Drucksensor oder ein Beschleunigungssensor eines Halbleiterdehnungsmessertyps ist.
  5. Verfahren zur Herstellung des Halbleitersensors von Anspruch 1, umfassend temporäres Verbinden der Einstell-Anschlußflächen (13, 14) des Halbleiterchips (11) mit einer Kalibriereinrichtung und Durchführen einer Kalibrierung durch Eingabe eines oder mehrerer digitaler Korrekturwerte über die Einstell-Anschlußflächen (13, 14), und anschließend Herstellen einer elektrischen Verbindung, außerhalb des Halbleiterchips (11), zwischen den ersten Einstell-Anschlußflächen (14) und der Masseanschlußfläche (17) einerseits sowie dem Masseanschluß andererseits, und zwischen den zweiten Einstell-Anschlußflächen (13) und der Stromversorgungsanschlußfläche (15) einerseits sowie dem Stromversorgungsanschluß andererseits.
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