DE102019201224A1

DE102019201224A1 - Mikromechanische Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102019201224A1
Application number: DE102019201224.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Pinter; Nico GREINER
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-08-06
Also published as: CN113365938A; US11906383B2; WO2020156852A1; US20210348976A1

Abstract

Die Erfindung schafft eine mikromechanische Sensorvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Die mikromechanische Sensorvorrichtung ist ausgestattet mit einem Substrat (10) mit einer Vorderseite (VS) und einer Rückseite (RS); einem auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebrachten mikromechanischen Sensorchip (20) mit einem Sensorbereich (SB); einer auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebrachten Verkappungseinrichtung (60), welche zumindest teilweise durch einen ASIC-Chip (60) ausgebildet ist. Die die Verkappungseinrichtung (60) umgibt den mikromechanischen Sensorchip (20) derart, dass zwischen dem Sensorbereich (SB) des mikromechanischen Sensorchips (20) und dem ASIC-Chip (60) eine zur Vorderseite (VS) des Substrats (10) geschlossene Kavität (K) gebildet ist. Eine Moldverpackung (80) ist über der Verkappungseinrichtung (60; 60a, 55; 60b; 60a, 55') ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Sensorvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
Stand der Technik
Obwohl auch beliebige mikromechanische Bauelemente anwendbar sind, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik anhand von mikromechanischen Drucksensorvorrichtungen erläutert.
Die DE 10 2011 084 582 B3 offenbart eine mikromechanische Drucksensorvorrichtung mit einem Substrat, einem auf dem Substrat angebrachten Schaltungschip, und einer Moldverpackung, in welcher der Schaltungschip verpackt ist. Die Moldverpackung weist eine Vertiefung oberhalb des Schaltungschips auf, in der ein Sensorchip vorgesehen ist. Die Moldverpackung weist am Boden der Vertiefung ein bis zu einem Metallisierungsbereich verlaufendes mittels eines Laserstrahls geöffnetes Durchgangsloch auf, durch das eine elektrische Verbindung des Sensorchips zum Substrat auf den Metallisierungsbereich geführt ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft eine mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 11.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, den ASIC-Chip in die Verkappungseinrichtung zu integrieren. Somit dient der ASIC-Chip als Schutz für den mikromechanischen Sensorchip vor der Moldmasse. Der erfindungsgemäße Aufbau ermöglicht eine mechanische Entkopplung des mikromechanischen Sensorchips vor Einflüssen der Aufbau- und Verbindungstechnik. Die derartige Stressentkopplung des mikromechanischen Sensorchips ermöglicht eine minimierte Beeinflussung der Sensorsignale durch mechanische Spannungen in der Verpackung.
Durch das Entfallen der Notwendigkeit eines separaten Kappenelements oberhalb des mikromechanischen Sensorchips sind kleinste Gesamtbauteil-Dimensionen realisierbar. Die Herstellung kann durch Standardprozesse im Aufbau- und Verbindungsprozess bewerkstelligt werden, wie z.B. Drahtbonden, Umspritzen/Molden, Vereinzelung, Klebeverbindungen etc.
Dies ermöglicht die Kosten für die Herstellung von mikromechanischen Sensoren, beispielsweise Drucksensoren oder Gassensoren, weiter zu senken.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der ASIC-Chip eine wannenartige Ausnehmung auf, welche einen umlaufenden ringförmigen Randbereich aufweist, welcher mittelbar oder unmittelbar auf der Vorderseite des Substrats angebracht ist. Dies ermöglicht, dass der ASIC-Chip den wesentlichen Teil der Verkappungseinrichtung bildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der ASIC-Chip eben ausgebildet und über eine ringförmige Abstandshaltereinrichtung auf der Vorderseite des Substrats angebracht. Dies ermöglicht es, den ASIC-Chip ohne Modifikationen in die Verkappungseinrichtung zu integrieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung überdeckt der ASIC-Chip den mikromechanischen Sensorchips teilweise und weist eine Ausnehmung auf, welche einen u-förmigen Randbereich aufweist, welcher unmittelbar auf der Vorderseite des Substrats angebracht ist, wobei der offene Teil des u-förmigen Randbereichs unmittelbar auf dem mikromechanischen Sensorchip angebracht ist. Dies ermöglicht es, den mikromechanischen Sensorchip nur teilweise zu verkappen, insbesondere wenn er größer gestaltet ist als der ASIC-Chip.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung überdeckt der ASIC-Chip den mikromechanischen Sensorchips teilweise und ist eben ausgebildet und über eine u-förmige Abstandshaltereinrichtung unmittelbar auf der Vorderseite des Substrats angebracht, wobei der ASIC-Chip im offenen Teil der u-förmigen Abstandshaltereinrichtung unmittelbar auf dem mikromechanischen Sensorchip angebracht ist. Dies ermöglicht es, den ASIC-Chip ohne Modifikationen in die Verkappungseinrichtung zu integrieren und dabei den Sensorchip nur teilweise zu verkappen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung bildet eine Durchgangsöffnung im Substrat zur Rückseite des Substrats hin eine Medienzugangsöffnung zur Kavität. So lässt sich der Medienzugang in einem Bereich realisieren, in dem keine Moldmasse vorliegt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist auf der Rückseite des Substrats eine mikroporöse Membran über der Durchgangsöffnung angebracht. Dies ermöglicht einen Schutz des empfindlichen Sensorbereiches vor Fremdpartikeln.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der mikromechanische Sensorchip linienförmig und/oder punktförmig auf die Vorderseite des Substrats geklebt. So lassen sich Spannungseinflüsse weiter reduzieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der mikromechanische Sensorchip ein Drucksensorchip. Für Drucksensorchips ist die erfindungsgemäße Verpackung besonders effektiv.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Substrat ein LGA(line grid array)-Substrat ist. Dies schafft flexible elektrische Anbindungsmöglichkeiten.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
Es zeigen:

1a)-c) bis 4a)-c) schematische Darstellungen zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5a)-e) schematische Darstellungen zur Erläuterung eines ASIC-Chips der mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6a)-c) schematische Darstellungen zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7a), b) schematische Darstellungen zur Erläuterung eines ASIC-Chips der mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8a), b) schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Spacers der mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9a)-c) und 10a)-c) schematische Darstellungen zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11a), b) schematische Darstellungen zur Erläuterung eines ASIC-Chips der mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12a), b) schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Spacers der mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
13 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
1a)-c) bis 4a)-c) zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1a) bis 4a) sind schematische Draufsichten, 1b) bis 4b) schematische Querschnittsansichten entlang der Linie A-A' in 1a) bis 4a) und 1c) bis 4c) schematische Querschnittsansichten entlang der Linie B-B' in 1a) bis 4a).
In 1a)-1c) bezeichnet Bezugszeichen 10 ein LGA(line grid array)-Substrat, welches eine Vorderseite VS und eine Rückseite RS aufweist. Auf der Vorderseite VS des Substrats 10 ist eine metallisierte Fläche 110 aufgebracht, welche aus Gründen der Vereinfachung nur in 1a) angedeutet ist. Die metallisierte Fläche 110 dient zur Abschirmung von elektromagnetischen Einstrahlungen von der Rückseite RS her, indem sie beim Betrieb der Sensorvorrichtung beispielsweise auf ein definiertes elektrisches Potenzial gelegt wird. Zunächst wird ein mikromechanischer Drucksensorchip 20 mit einem Sensorbereich SB, welcher beispielsweise durch eine Membran und eine piezoresistive Widerstandseinrichtung gebildet ist, wie hier nicht näher beschrieben, da im Stand der Technik wohlbekannt, bereitgestellt.
Der mikromechanische Sensorchip 20 in Form des Drucksensorchips wird zunächst partiell mittels einer ersten Kleberschicht K1 auf die Vorderseite VS des Substrats innerhalb der metallisierten Fläche 20 geklebt. Die partielle Klebung dient dazu, die Einwirkung von mechanischen Verspannungen durch das Substrat 10 auf den mikromechanischen Sensorchip 20 zu minimieren und einen Medienzugang über mindestens eine Durchgangsöffnung 120 zu ermöglichen, welche im Substrat 10 gebildet ist.
Die partielle Klebung kann linienartig (wie hier gezeigt) und/oder punktartig ausgeführt werden. Um eine Verkippung des mikromechanischen Sensorchips 20 während der Klebung zu verhindern, kann der mikromechanische Sensorchip 20 während dieses Prozessschrittes optional von der Rückseite RS her durch die Durchgangsöffnung(en) 120 hindurch mithilfe eines Auflagepins (nicht dargestellt) temporär auf entsprechendem Abstand zum Substrat 10 hin gehalten werden. Wie bereits erwähnt, ist die Durchgangsöffnung 120 im Sensorbetrieb zugleich der Druckanschluss für den mikromechanischen Sensorchip 10.
Bezugszeichen B1 bezeichnet eine erste Bondpadanordnung auf der Vorderseite VS des Substrats 10, welche korrespondierend zu einer zweiten Bondpadanordnung B2 auf dem mikromechanischen Sensorchip 20 angeordnet ist. Eine dritte Bondpadanordnung B3 ist z.B. auf einer gegenüberliegenden Seite des Substrats 10 angeordnet und korrespondiert zu einer vierten Bondpadanordnung B4 auf dem aufzubringenden ASIC-Chip 60, wie nachstehend erläutert wird (vgl. 3a)).
Weiter mit Bezug auf 2a)-c) erfolgt eine elektrische Verbindung der ersten Bondpadanordnung B1 mit der zweiten Bondpadanordnung B2 über eine erste Drahtbondeinrichtung DB1. Im Anschluss daran wird eine zweite Kleberschicht K2 rahmenförmig um den mikromechanischen Sensorchip 20 herum auf die Vorderseite VS des Substrats 10 aufgebracht, welche den mikromechanischen Sensorchip 20 beabstandet umgibt.
Wie in 3a)-c) dargestellt, wird anschließend ein ASIC-Chip 60 mit einer wannenförmigen Ausnehmung W, welche einen umlaufenden ringförmigen Randbereich R aufweist, auf die Vorderseite VS des Substrats 10 geklebt. Nach dem Aushärten der zweiten Kleberschicht K2 wird eine elektrische Verbindung zwischen der dritten Bondpadanordnung B3 und der dazu korrespondierend auf dem ASIC-Chip 60 vorgesehenen vierten Bondpadanordnung B4 mittels einer zweiten Drahtbondeinrichtung DB2 hergestellt.
Nach diesem Prozessschritt ist eine zur Vorderseite VS des Substrats 10 hin geschlossene Kavität K zwischen dem Sensorbereich SB des mikromechanischen Sensorchips 20 und dem ASIC-Chip 60 hergestellt, welche die Medienzugangsöffnung in Form des Durchgangsloches 120 an der Rückseite RS des Substrats 10 aufweist.
Die Verkappung des mikromechanischen Sensorchips 20 erfolgt bei dieser Ausführungsform allein durch den ASIC-Chip 60 mit der wannenartigen Ausnehmung W. Schließlich mit Bezug auf 4a)-c) wird der verkappte Chipstapel bestehend aus mikromechanischem Sensorchip 20 und ASIC-Chip 60 mit Moldmasse umspritzt, um eine Moldverpackung 80 über dem Chipstapel zu bilden.
Für einen Staub- oder Wasserschutz kann auf der Rückseite RS des Substrats 10 über der Durchgangsöffnung 120 eine mikroporöse Membran 121, beispielsweise aus expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE), angebracht werden.
Korrespondierend zu der metallisierten Fläche 110 auf der Unterseite des mikromechanischen Sensorchips 20 kann eine Abschirmung von der Oberseite her durch den ASIC-Chip 60 im Betrieb erfolgen, indem dessen Masse ebenfalls auf ein definiertes elektrisches Potenzial gelegt wird.
Obwohl die Beschreibung dieser ersten Ausführungsform auf eine einzelne mikromechanische Sensorvorrichtung bezogen war, ist es auch möglich, eine Mehrzahl dieser mikromechanischen Sensorvorrichtungen auf einem einzigen Substrat 10 herzustellen und in einem abschließenden Prozessschritt nach Herstellung der jeweiligen Moldverpackungen zu vereinzeln, beispielsweise in einem Sägeprozess.
5a)-e) zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung eines ASIC-Chips der mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5a) ist eine schematische Draufsicht, 5b) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 5a), 5c) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' in 5a), 5d) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie C-C' in 5a) und 5e) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie D-D' in 5a).
5a)-c) zeigen detailliert den Aufbau des ASIC-Chips 60 mit der wannenartigen Ausnehmung W, welche den umlaufenden ringförmigen Randbereich R aufweist. Diese wannenartige Ausnehmung W kann in einem (nicht dargestellten) Prozessschritt mit bekannten Ätzverfahren, wie z.B. DRIE-Ätzen oder auch KOH-Ätzen hergestellt werden, wobei der Randbereich R entsprechend maskiert wird.
6a)-c) zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6a) ist eine schematische Draufsicht, 6b) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 6a) und 6c) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' in 6a).
Gemäß 6a)-6c) ist der ASIC-Chip 60a eben ausgebildet und über eine ringförmige Abstandshaltereinrichtung 55 auf der Vorderseite VS des Substrats 10 über die zweite Kleberschicht K2 und eine dritte Kleberschicht K3 zwischen der Abstandshaltereinrichtung 55 und dem ASIC-Chip 60a angebracht.
Ansonsten entspricht die zweite Ausführungsform der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
7a), b) zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung eines ASIC-Chips der mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7a) ist eine schematische Draufsicht und 7b) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 7a).
Wie in 7a), b) gezeigt, bedarf es bei der zweiten Ausführungsform keiner Modifikationen üblicher ASIC-Chips 60a.
8a), b) zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Spacers der mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8a) ist eine schematische Draufsicht und 8b) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 8a).
Wie 8a), b) entnehmbar, weist die Abstandshaltereinrichtung 55 im Wesentlichen dieselben lateralen Dimensionen wie der ASIC-Chip 60a auf, sodass der Klebebereich der dritten Kleberschicht K3 optimiert ist.
Derartige Abstandshaltereinrichtungen 55 können aus Silizium, Keramik, Glas oder aus Kunststoff in einem Waferverbund gefertigt werden und beispielsweise per Waferfügen mit dem ASIC-Wafer verbunden werden, wenn eine Mehrzahl von mikromechanischen Sensorvorrichtungen parallel hergestellt werden und anschließend vereinzelt werden. Alternativ können sie auch als Einzelteile hergestellt, bereitgestellt und auf das jeweilige Substrat 10 aufgebracht werden.
9a)-c) und 10a)-c) zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9a) und 10a) sind schematische Draufsichten, 9b) und 10b) schematische Querschnittsansichten entlang der Linie A-A' in 9a) und 10a) und 9c) und 10c) schematische Querschnittsansichten entlang der Linie B-B' in 9a) und 10a).
Gemäß 9a)-c) und 10a)-c) überdeckt der ASIC-Chip 60b den mikromechanischen Sensorchip 20 nur teilweise, wobei gewährleistet ist, dass die Kavität K oberhalb des Sensorbereiches SB ausgebildet ist.
Hierfür muss eine Ausnehmung W' des ASIC-Chips 60b derart gestaltet sein, dass der ASIC-Chip 60b nur auf drei Seiten von einem u-förmigen Randbereich R' umgeben ist. Die zweite Kleberschicht K2' wird bei dieser Ausführungsform derart aufgebracht, dass der offene Teil des u-förmigen Randbereichs R' unmittelbar auf dem mikromechanischen Sensorchip 20 angebracht ist. Mit anderen Worten wird die zweite Kleberschicht K2' stufenförmig über den mikromechanischen Sensorchip 20 geführt (Schwertklebung). Die anderen Seiten der zweiten Kleberschicht K2' werden wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen auf das Substrat 10 beabstandet vom mikromechanischen Sensorchip 20 derart aufgebracht, dass wie bei den obigen Ausführungsformen ein ringförmiger Kleberbereich entsteht.
Somit ist der Sensorbereich SB zur Vorderseite VS des Substrats 10 hin zu allen Seiten hin abgedichtet, was ein Eindringen der Moldmasse während des Bildens der Moldverpackung 80 verhindert. Das Drahtbonden des mikromechanischen Sensorchips 20 mittels der ersten Drahtbondeinrichtung DB1 kann bei dieser Ausführungsform auch nach dem Aufbringen des ASIC-Chips 60b erfolgen, also zusammen mit dem Bilden der zweiten Drahtbondanordnung DB2 des ASIC-Chips 60b, was den Prozess weiter vereinfacht.
Um eine minimale Bauhöhe zu erreichen, können die erste und zweite Drahtbondeinrichtung DB1, DB2 bei dieser und bei den anderen Ausführungsformen in Form von „Low-Loop-Drahtbonds“ ausgeführt werden.
11a), b) zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung eines ASIC-Chips der mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11a) ist eine schematische Draufsicht, 11b) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 11a), 11c) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' in 11a), 11 d) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie E-E' in 11a) und 11 e) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie F-F' in 11a).
Gemäß 11a)-c) ist der ASIC-Chip 60b detailliert dargestellt. Erkennbar ist der u-förmige Randbereich R', und der offene Teil des u-förmigen Randbereichs R', sodass eine einseitig offene wannenförmige Ausnehmung W' gebildet wird.
12a), b) zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Spacers der mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12a) ist eine schematische Draufsicht und 12b) eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 12a).
Gemäß 12a), b) ist es auch möglich, die zuvor beschriebene Ausführungsform gemäß 9a)-c) und 10a)-c) derart zu modifizieren, dass ein ebener Sensorchip 60a gemäß 7a), b) verwendet wird, wobei in Analogie zur Ausführungsform gemäß 6a)-c) eine u-förmige Abstandshaltereinrichtung 55' auf der Vorderseite VS des Substrats angebracht wird, und wobei der ASIC-Chip 60a im offenen Teil der u-förmigen Abstandshaltereinrichtung 55' auf dem mikromechanischen Sensorchip 20 angebracht ist.
13 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Darstellung gemäß 13 ist in Analogie zu 6c). Gemäß 13 ist der ASIC-Chip 60c kleiner als der ASIC-Chip 60a in 6c). Dementsprechend ist die Abstandshaltereinrichtung 55" gewinkelt gebildet, um die Flächendifferenz zwischen dem ASIC-Chip 60c und dem mikromechanischen Sensorchip 20 auszugleichen. Die Verbindung zwischen der Abstandshaltereinrichtung 55" und dem ASIC-Chip 60c erfolgt über die Kleberschicht K3'.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Topologien nur beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.
Die obigen Ausführungsbeispiele wurden anhand von mikromechanischen Drucksensoren erläutert, sind aber prinzipiell für beliebige MEMS-Sensoren, z.B. Gassensoren, Beschleunigungssensoren etc., anwendbar.
Obwohl bei den obigen Ausführungsformen ein jeweiliges Drahtbonden des mikromechanischen Sensorchips und des ASIC-Chips auf das Substrat erfolgt, kann die elektrische Verbindung zwischen mikromechanischem Sensorchip und ASIC-Chip direkt oder auch über die metallischen Strukturen des Substrats erfolgen.
Die vorliegende Erfindung lässt sich somit prinzipiell bei allen MEMS-Sensorvorrichtungen einsetzen, bei denen MEMS-Sensor- und Auswerteelektronik (ASIC-Chip) auf zwei diskreten Chips vorliegen und bei denen der ASIC-Chip etwa die gleichen oder größere Flächendimensionen aufweist als der MEMS-Chip.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011084582 B3 [0003]

Claims

Mikromechanische Sensorvorrichtung mit: einem Substrat (10) mit einer Vorderseite (VS) und einer Rückseite (RS); einem auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebrachten mikromechanischen Sensorchip (20) mit einem Sensorbereich (SB); einer auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebrachten Verkappungseinrichtung (60; 60a, 55; 60b; 60a, 55'; 60c, 55"), welche zumindest teilweise durch einen ASIC-Chip (60; 60a; 60b; 60c) ausgebildet ist; wobei die Verkappungseinrichtung (60; 60a, 55; 60b; 60a, 55'; 60c, 55") den mikromechanischen Sensorchip (20) derart umgibt, dass zwischen dem Sensorbereich (SB) des mikromechanischen Sensorchips (20) und dem ASIC-Chip (60; 60a; 60b; 60c) eine zur Vorderseite (VS) des Substrats (10) geschlossene Kavität (K) gebildet ist; und wobei eine Moldverpackung (80) über der Verkappungseinrichtung (60; 60a, 55; 60b; 60a, 55'; 60c, 55") ausgebildet ist.
Mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der ASIC-Chip (60) eine wannenartige Ausnehmung (W) aufweist, welche einen umlaufenden ringförmigen Randbereich (R) aufweist, welcher mittelbar oder unmittelbar auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebracht ist.
Mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der ASIC-Chip (60a; 60c) eben ausgebildet ist und über eine ringförmige Abstandshaltereinrichtung (55; 55") auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebracht ist.
Mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der ASIC-Chip (60b) den mikromechanischen Sensorchips (20) teilweise überdeckt und eine Ausnehmung (W') aufweist, welche einen u-förmigen Randbereich (R') aufweist, welcher unmittelbar auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebracht ist, und wobei der offene Teil des u-förmigen Randbereichs (R') unmittelbar auf dem mikromechanischen Sensorchip (20) angebracht ist.
Mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der ASIC-Chip (60a) den mikromechanischen Sensorchips (20) teilweise überdeckt und eben ausgebildet ist und über eine u-förmige Abstandshaltereinrichtung (55') unmittelbar auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebracht ist, und wobei der ASIC-Chip (60a) im offenen Teil der u-förmigen Abstandshaltereinrichtung (55') unmittelbar auf dem mikromechanischen Sensorchip (20) angebracht ist.
Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Durchgangsöffnung (120) im Substrat (10) zur Rückseite (RS) des Substrats (10) hin eine Medienzugangsöffnung zur Kavität bildet.
Mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, wobei auf der Rückseite (RS) des Substrats (10) eine mikroporöse Membran (121) über der Durchgangsöffnung (120) angebracht ist.
Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mikromechanische Sensorchip (20) linienförmig und/oder punktförmig auf die Vorderseite (VS) des Substrats (10) geklebt ist.
Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mikromechanische Sensorchip (20) ein Drucksensorchip ist.
Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (10) ein LGA(line grid array)-Substrat ist.
Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Sensorvorrichtung mit den Schritten: Bereitstellen von einem Substrat (10) mit einer Vorderseite (VS) und einer Rückseite (RS); Anbringen von einem mikromechanischen Sensorchip (20) mit einem Sensorbereich (SB) auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10); Ausbilden einer auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebrachten Verkappungseinrichtung (60; 60a, 55; 60b; 60a, 55'), welche zumindest teilweise durch einen ASIC-Chip (60; 60a; 60b; 60c) ausgebildet ist, wobei die Verkappungseinrichtung (60; 60a, 55; 60b; 60a, 55') den mikromechanischen Sensorchip (20) derart umgibt, dass zwischen dem Sensorbereich (SB) des mikromechanischen Sensorchips (20) und dem ASIC-Chip (60; 60a; 60b; 60c) eine zur Vorderseite (VS) des Substrats (10) geschlossene Kavität (K) gebildet ist; und Ausbilden einer Moldverpackung (80) über der Verkappungseinrichtung (60; 60a, 55; 60b; 60a, 55').
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der ASIC-Chip (60) eine wannenartige Ausnehmung (W) aufweist, welche einen umlaufenden ringförmigen Randbereich (R) aufweist, welcher mittelbar oder unmittelbar auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der ASIC-Chip (60a; 60c) eben ausgebildet ist und über eine ringförmige Abstandshaltereinrichtung (55; 55") auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der ASIC-Chip (60b) den mikromechanischen Sensorchips (20) teilweise überdeckt und eine Ausnehmung (W') aufweist, welche einen u-förmigen Randbereich (R') aufweist, welcher unmittelbar auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebracht wird, und wobei der offene Teil des u-förmigen Randbereichs (R') unmittelbar auf dem mikromechanischen Sensorchip (20) angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der ASIC-Chip (60a) den mikromechanischen Sensorchips (20) teilweise überdeckt und eben ausgebildet ist und über eine u-förmige Abstandshaltereinrichtung (55') unmittelbar auf der Vorderseite (VS) des Substrats (10) angebracht wird, und wobei der ASIC-Chip (60a) im offenen Teil der u-förmigen Abstandshaltereinrichtung (55') unmittelbar auf dem mikromechanischen Sensorchip (20) angebracht wird.