DE102020105333A1 - Drucksensoren auf flexiblen substraten zur spannungsentkopplung - Google Patents

Drucksensoren auf flexiblen substraten zur spannungsentkopplung Download PDF

Info

Publication number
DE102020105333A1
DE102020105333A1 DE102020105333.9A DE102020105333A DE102020105333A1 DE 102020105333 A1 DE102020105333 A1 DE 102020105333A1 DE 102020105333 A DE102020105333 A DE 102020105333A DE 102020105333 A1 DE102020105333 A1 DE 102020105333A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor device
flexible
protective material
flexible carrier
chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020105333.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Dirk Hammerschmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of DE102020105333A1 publication Critical patent/DE102020105333A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/315—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed the encapsulation having a cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/053—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having an insulating or insulated base as a mounting for the semiconductor body
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/005—Measuring force or stress, in general by electrical means and not provided for in G01L1/06 - G01L1/22
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0045—Packages or encapsulation for reducing stress inside of the package structure
    • B81B7/0048—Packages or encapsulation for reducing stress inside of the package structure between the MEMS die and the substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0045—Packages or encapsulation for reducing stress inside of the package structure
    • B81B7/0051—Packages or encapsulation for reducing stress inside of the package structure between the package lid and the substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0045—Packages or encapsulation for reducing stress inside of the package structure
    • B81B7/0054—Packages or encapsulation for reducing stress inside of the package structure between other parts not provided for in B81B7/0048 - B81B7/0051
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
    • B81C1/00325—Processes for packaging MEMS devices for reducing stress inside of the package structure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/07—Interconnects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/13—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/4985—Flexible insulating substrates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung beinhaltet einen Halbleiterchip, der ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche beinhaltet, die der ersten Oberfläche gegenüberliegend angeordnet ist; und ein mikroelektromechanisches System (MEMS)-Element, das einen empfindlichen Bereich beinhaltet, das an der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Die Halbleitervorrichtung beinhaltet ferner mindestens eine elektrische Verbindungsstruktur, die mit der ersten Oberfläche des Substrats elektrisch verbunden ist, und einen flexiblen Träger, der mit der mindestens einen elektrischen Verbindungsstruktur elektrisch verbunden ist, wobei der flexible Träger sich um den Halbleiterchip wickelt und sich über die zweite Oberfläche des Substrats erstreckt, so dass ein gefalteter Hohlraum um den Halbleiterchip ausgebildet wird.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Halbleitervorrichtungen und ein Verfahren zur Herstellung derselben, und, genauer, auf mikroelektromechanische Systeme (MEMS)-Elemente mit einem Spannungsabbaumechanismus.
  • HINTERGRUND
  • Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) sind mikroskopische Vorrichtungen, insbesondere solche mit beweglichen Teilen. MEMS wurden praktikabel, als sie unter Verwendung modifizierter Technologien zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen hergestellt werden konnten, die normalerweise zur Herstellung von Elektronik verwendet werden. Somit kann ein MEMS als eine Komponente einer integrierten Schaltung in ein Substrat eingebaut werden, das in einen Halbleiterchip geschnitten (engl. diced) wird, der anschließend in einem Package (Gehäuse) montiert wird.
  • Mechanische Spannungen und andere äußere mechanische Einflüsse, die auf ein Package eingebracht werden, können unbeabsichtigt durch das Package auf ein integriertes MEMS-Element übertragen werden, wie einen Sensor, und, genauer, auf einen Drucksensor. Diese übertragene mechanische Spannung kann den Betrieb des MEMS-Elements beeinträchtigen oder eine Verschiebung (Shift) (z.B. einen Offset) in einem Sensorsignal hervorrufen, welche zu Fehlmessungen führen kann.
  • Halbleiterdrucksensoren haben beispielsweise ein druckempfindliches Element, das zum Messen eines Absolutdrucks oder eines Relativdrucks (z.B. der Differenz zwischen zwei Drücken) angeordnet ist. Ein Problem mit vielen Drucksensoren besteht darin, dass der Sensor ein Signal misst (oder ausgibt oder gibt), auch in der Abwesenheit eines zu messenden Drucks (oder Druckdifferenz). Dieser Offset kann das Ergebnis einer mechanischen Spannung und/oder Verformung des Gehäuses (z.B. des Packaging) des Sensors sein. Die Gehäusespannung/Verformung verursacht typischerweise auch eine Spannungskomponente an der Sensoroberfläche, an der sich die empfindlichen Elemente (z.B. Piezowiderstände) befinden, und verursacht dadurch einen Offsetfehler, einen Linearitätsfehler, oder sogar einen Hysteresefehler zum Ausgangssignal.
  • Daher kann eine verbesserte Vorrichtung, die in der Lage ist, mechanische Spannungen von einem integrierten MEMS-Element zu entkoppeln, wünschenswert sein.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen eine Halbleitervorrichtung bereit, die einen Halbleiterchip beinhaltet, der ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche beinhaltet; und ein mikroelektromechanisches System (MEMS)-Element, das einen empfindlichen Bereich beinhaltet, der an der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Die Halbleitervorrichtung beinhaltet ferner mindestens eine elektrische Verbindungsstruktur, die mit der ersten Oberfläche des Substrats elektrisch verbunden ist, und einen flexiblen Träger, der mit der mindestens einen elektrischen Verbindungsstruktur elektrisch verbunden ist, wobei der flexible Träger sich um den Halbleiterchip wickelt und sich über die zweite Oberfläche des Substrats erstreckt, so dass ein gefalteter Hohlraum um den Halbleiterchip ausgebildet wird.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen sind hierin unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
    • 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Drucksensorpackage gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
    • 2A-2C zeigen eine Querschnittsdarstellung eines Drucksensorpackage gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
    • 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Drucksensorpackage gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
    • 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Drucksensorpackage gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
    • 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Drucksensorpackage gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen;
    • 6 zeigt eine Draufsicht auf das in der 1 gezeigte Drucksensorpackage; und
    • 7 zeigt eine Draufsicht auf das Drucksensorpackage gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben, wobei sich gleiche Bezugszeichen durchgängig auf gleiche Elemente beziehen. Es ist zu beachten, dass diese Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen und nicht als Einschränkung zu verstehen sind. Während beispielsweise Ausführungsformen so beschrieben werden können, dass sie eine Vielzahl von Merkmalen oder Elementen umfassen, ist dies nicht so zu verstehen, dass sie darauf hinweisen, dass alle diese Merkmale oder Elemente für die Implementierung von Ausführungsformen erforderlich sind. Stattdessen können in anderen Ausführungsformen einige der Merkmale oder Elemente weggelassen werden oder durch andere Merkmale oder Elemente ersetzt werden. Zusätzlich können weitere Merkmale oder Elemente zu den explizit dargestellten und beschriebenen bereitgestellt werden, zum Beispiel konventionelle Komponenten von Sensorvorrichtungen.
  • Merkmale aus verschiedenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Die in Bezug auf eine der Ausführungsformen beschriebenen Änderungen oder Modifikationen können auch für andere Ausführungsformen gelten. In einigen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen nicht im Detail, sondern im Blockdiagramm dargestellt, um die Ausführungsformen nicht undeutlich zu machen.
  • Weitere, äquivalente oder ähnliche Elemente oder Elemente mit äquivalenter oder ähnlicher Funktionalität werden in der folgenden Beschreibung mit äquivalenten oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Da gleiche oder funktional äquivalente Elemente in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, kann auf eine wiederholte Beschreibung für Elemente mit den gleichen Bezugszeichen verzichtet werden. Daher sind Beschreibungen von Elementen mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen untereinander austauschbar.
  • In diesem Zusammenhang kann Richtungsterminologie wie „oben“, „unten“, „unter“, „vorne“, „hinter“, „hinten“, „führend“, „folgend“, „unter“, „über“, usw. in Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in einer Vielzahl von verschiedenen Ausrichtungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist in keiner Weise einschränkend. Es ist davon auszugehen, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Umfang abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.
  • Es ist davon auszugehen, dass, wenn ein Element als „verbunden“ oder „gekoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen den Elementen verwendet werden, sollten in ähnlicher Weise interpretiert werden (z.B. „zwischen“ versus „direkt dazwischen“, „angrenzend“ versus „direkt angrenzend“, usw.) .
  • In Ausführungsformen, die hierin beschrieben oder in den Zeichnungen dargestellt sind, kann jede direkte elektrische Verbindung oder Kopplung, d.h. jede Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche dazwischenliegende Elemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung, d.h. eine Verbindung oder Kopplung mit einem oder mehreren zusätzlichen dazwischenliegenden Elementen, oder umgekehrt, realisiert werden, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, beispielsweise zur Übertragung einer bestimmten Art von Signal oder zur Übertragung einer bestimmten Art von Information, im Wesentlichen eingehalten wird. Merkmale aus verschiedenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Beispielsweise können Variationen oder Änderungen, die in Bezug auf eine der Ausführungsformen beschrieben sind, auch für andere Ausführungsformen gelten, sofern nicht anders angegeben.
  • Der Begriff „im Wesentlichen“ kann hierin verwendet werden, um kleine Fertigungstoleranzen (z.B. innerhalb von 5%) zu berücksichtigen, die in der Industrie als akzeptabel erachtet werden, ohne von den Aspekten der hierin beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen.
  • Ausführungsformen beziehen sich auf mikroelektromechanische Systeme (MEMS), und insbesondere auf MEMS-Drucksensoren, die auf einem Halbleiterchip integriert und anschließend zu einem Package montiert sind. Die MEMS können als MEMS-Element, MEMS-Zelle, oder MEMS-Vorrichtung bezeichnet werden. Die Seite oder Oberfläche des Chips, an der das MEMS-Element bereitgestellt ist, kann als Vorderseite oder Vorderfläche des Chips bezeichnet werden, während die Seite oder Oberfläche des Chips gegenüberliegend dazu als Rückseite oder Rückfläche des Chips bezeichnet werden kann.
  • Das Package ist angepasst, dass der MEMS-Drucksensor eine auf ihn ausgeübte Kraft erfassen und/oder messen kann. Beispielsweise kann der MEMS-Drucksensor als Wandler arbeiten, der in Abhängigkeit vom auferlegten Druck ein elektrisches Signal erzeugt, und das Package kann eine Öffnung aufweisen, die in der Nähe des MEMS-Drucksensors ausgebildet ist, welche es einem Medium ermöglicht, mit dem MEMS-Drucksensor zu interagieren. Das Medium kann jede druckmessbare oder druckinduzierende Entität sein.
  • Im Allgemeinen kann sich ein Sensor, wie hierin verwendet, auf eine Komponente beziehen, die eine zu messende physikalische Größe in ein elektrisches Signal umwandelt, zum Beispiel ein Stromsignal oder ein Spannungssignal. Die physikalische Größe kann beispielsweise Druck als Ausdruck der Kraft sein, die auf einen empfindlichen Bereich oder eine Region des Sensors ausgeübt wird. Chemikalien, Feuchtigkeit, und Ablagerungen wie Fremdkörper können die Leistung eines jeden Sensors negativ beeinflussen. Daher ist es wünschenswert zu verhindern, dass diese und andere potenzielle Verunreinigungen die Oberfläche des Sensors erreichen und insbesondere den empfindlichen Bereich oder die Region des Sensors erreichen.
  • Ein Herstellungsprozess für die Halbleiterchipherstellung kann zwei aufeinanderfolgende Teilprozesse beinhalten, die allgemein als Frontend und Backend-Produktion bezeichnet werden. Die Backend-Produktion kann ferner zwei aufeinanderfolgende Teilprozesse beinhalten, die allgemein als Vormontage (Pre-Assembly) und Montage (Assembly) bezeichnet werden.
  • Die Frontend-Produktion bezieht sich in erster Linie auf die Waferfertigung. Ein Wafer, wie er hierin verwendet wird, kann auch als Substrat bezeichnet werden. Die Frontend-Produktion kann mit einem sauberen, scheibenförmigen Siliziumwafer beginnen, der schließlich zu vielen Siliziumchips wird. Zunächst kann eine Photomaske erstellt werden, welche die Schaltungsmuster für Schaltungselemente (z.B. Transistoren) und Verbindungsschichten definiert. Diese Maske kann dann auf den reinen Siliziumwafer gelegt werden und wird verwendet zur Abbildung des Schaltungsdesigns. Transistoren und andere Schaltungselemente können dann durch Photolithographie auf dem Wafer ausgebildet werden. Die Photolithographie besteht aus einer Reihe von Schritten, bei denen ein lichtempfindliches Material auf dem Wafer abgeschieden und durch eine gemusterte Maske Licht ausgesetzt wird; unerwünschtes freiliegendes Material wird dann weggeätzt, wobei nur das gewünschte Schaltungsmuster auf dem Wafer verbleibt. Durch Stapeln der verschiedenen Muster können einzelne Elemente des Halbleiterchips definiert werden. Eine MEMS-Vorrichtung oder ein MEMS-Element kann auch auf und/oder in die Oberfläche des Wafers integriert und mit einem oder mehreren Schaltungselementen verbunden werden. In der Endphase des Frontend-Produktionsprozesses wird jeder einzelne Chip auf dem Wafer elektrisch getestet, um einwandfrei funktionierende Chips für die Montage (Assembly) zu identifizieren.
  • Die Backend-Produktion bezieht sich auf die Montage (Assembly) und den Test einzelner Halbleitervorrichtungen oder Chips. Der Montageprozess soll den Chip schützen, seine Integration in elektronische Systeme erleichtern, elektrische Interferenz begrenzen und eine Dissipation von Wärme von der Vorrichtung ermöglichen. Nach Abschluss des Frontend-Produktionsprozesses wird der Wafer in einzelne Halbleiterchips gesägt oder geschnitten (engl. diced). Dieses Schneiden des Wafers in einzelne Halbleiterchips wird als Vormontage (Pre-Assembly) bezeichnet.
  • In einer Montagephase der Backend-Produktion werden die Halbleiterchips in ein Package integriert. Beispielsweise können diese Halbleiterchips einzeln mittels einer Legierung oder eines Klebstoffs an einem Leiterrahmen (Leadframe) befestigt werden, einer metallischen Vorrichtung, die verwendet wird, den Halbleiter mit einer Leiterplatte zu verbinden. Anschlussleiter (Leads) auf dem Leiterrahmen können dann durch Aluminium- oder Golddrähte mit den Eingabe-/Ausgabeanschlüssen auf dem Halbleiterchip durch den Einsatz von automatisierten Maschinen, bekannt als Wire Bonder, verbunden werden. Jede Halbleitervorrichtung kann dann mindestens teilweise in eine Kunststoff-Moldverbindung (engl. molding compound) oder ein Keramikgehäuse eingekapselt werden, wodurch das Package ausgebildet wird.
  • Somit kann ein MEMS-Element als Komponente einer integrierten Schaltung in ein Substrat eingebaut werden, wobei das Substrat dann in Halbleiterchips geschnitten wird, die jeweils anschließend in einem Package montiert werden.
  • Es ist zu beachten, dass während der Vormontageprozess (d.h. das Dicing) als Teil des Backend-Produktionsablaufs beschrieben werden kann, die Chips in der Endphase der Frontend-Produktion teilweise vereinzelt werden können. Somit kann in einigen Fällen die Vormontage (Pre-Assembly) beginnen oder während der Frontend-Produktion durchgeführt werden.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen wird einem MEMS-Element eine mechanische Spannungsentkopplung als Spannungsabbaumechanismus bereitgestellt. Ein spannungsentkoppelndes Merkmal wie ein oder mehrere Gräben (d.h. ein oder mehrere Spannungsentkopplungsgräben) kann bereitgestellt werden. Zusätzlich wird jeder Spannungsentkopplungsgraben mit einem Gel (z.B. einem Silikongel) gefüllt und das Gel kann zusätzlich auf dem MEMS-Element auf Waferebene (d.h. während des Frontend-Produktionsprozesses), oder während oder nach dem Vormontage(Pre-Assembly)-Prozess, aber vor der Montage (Assembly) (d.h. dem Packaging) abgeschieden werden. Das Schutzmaterial kann auf einer freiliegenden Oberfläche des MEMS-Elements abgeschieden werden, so dass eine gesamte freiliegende Oberfläche des MEMS-Elements von dem Schutzmaterial bedeckt ist.
  • Die freiliegende Oberfläche des MEMS-Elements kann einen empfindlichen Bereich beinhalten oder als solcher bezeichnet werden, der es dem MEMS-Element ermöglicht, eine physikalische Größe zu messen. Beispielsweise kann das MEMS-Element ein MEMS-Drucksensor sein, der dazu ausgelegt ist, eine Druckänderung als Antwort auf eine Kraftänderung auf die freiliegende Oberfläche zu erfassen oder zu messen. Das Schutzmaterial ist ausgelegt, dass, wenn das MEMS-Element vom Schutzmaterial bedeckt ist, eine Sensorfunktionalität des MEMS-Elements intakt bleibt. Beispielsweise kann das Schutzmaterial ein Silikongel sein, das eine Viskosität aufweist, welche es erlaubt, eine darauf ausgeübte Kraft an den MEMS-Drucksensor zu übertragen. Somit ist das Schutzmaterial flexibel genug, dass beim Niederdrücken des Schutzmaterials auch der empfindliche Bereich des MEMS-Drucksensors proportional niedergedrückt wird.
  • Genauer ermöglicht das Schutzmaterial die volle Sensorfunktionalität des MEMS-Elements, einschließlich der mechanischen Funktionalität und elektrischen Funktionalität, während es gleichzeitig eine gesamte Oberfläche des MEMS-Elements abdichtet. Noch genauer ist das Schutzmaterial ausgelegt, dass keine Funktionalität des MEMS-Elements durch das Schutzmaterial beeinträchtigt wird.
  • Durch Sicherstellen, dass die Funktionalität des MEMS-Elements intakt bleibt, kann das Schutzmaterial in einem frühen Stadium des Chipherstellungsprozesses als permanentes Material auf das MEMS-Element aufgebracht werden. Somit kann das MEMS-Element bereits zum Zeitpunkt der Abscheidung des Schutzmaterials auf dem MEMS-Element in einem funktionsfähigen Zustand (z.B. einem endgültigen funktionsfähigen Zustand) ausgelegt sein, und das Schutzmaterial kann nach der Abscheidung, einschließlich während des gesamten Montageprozesses, vollständig intakt bleiben, so dass es ein Merkmal im Endprodukt bleibt.
  • Als Ergebnis des frühzeitigen Abscheidens des Schutzmaterials ist das MEMS-Element frühzeitig gegen Partikel und Feuchtigkeit von Fremdkörpern geschützt, die während (Vor-)Montageprozessen eingebracht wurden und welche die Sensorleistung beeinflussen können.
  • Während einige hierin bereitgestellte Ausführungsformen das Schutzmaterial als Silikongel bezeichnen können, ist das Schutzmaterial nicht darauf beschränkt und kann jedes Material sein, das Schutz vor Fremdkörpern bereitstellt und gleichzeitig die Sensorfunktionalität des MEMS-Elements, und genauer die Sensorfunktionalität des MEMS-Elements zum Zeitpunkt der Abscheidung des Schutzmaterials ermöglicht. Somit kann das Schutzmaterial jedes Material sein, das sich wie ein Fluid verhält, um angewandten Druck auf eine empfindliche Membran eines Drucksensors zu übertragen.
  • Ausführungsformen beinhalten ein Siliziumdie, auf dem ein MEMS-Element integriert ist, wobei das Siliziumdie eine ausreichend geringe Spannung auf das MEMS-Element hat. Das Siliziumdie kann ein Bare-Die oder ein Chip-Size-Package (CSP) sein, das auf einem flexiblen Träger montiert ist, der die Übertragung von mechanischer Spannung auf das Siliziumdie und letztlich auf das MEMS-Element aufgrund seiner geringen mechanischen Steifigkeit minimiert oder verhindert. Der flexible Träger kann eine Folienleiterplatte (ein Folien-PCB (Printed Circuit Board)) oder ein normales PCB mit Spannungsabbaustrukturen, wie z.B. Spannungsentkopplungsgräben, sein, die es dem normalen PCB ermöglichen, flexibel zu sein. Der Umgebungsschutz erfolgt durch eine Kombination aus einem Schutzmaterial (z.B. Silikongel), das mit dem flexiblen Träger um das MEMS-Element herum angeordnet ist.
  • 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Drucksensorpackage 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Drucksensorpackage 100 beinhaltet einen Chip 1, der mit einem flexiblen Träger 2 durch Bondkugeln 3 verbunden ist. Der Chip 1 kann ein Bare-Die oder ein CSP sein. Somit wird kein Molding auf das Package 100 angewendet (z.B. um den Chip zu verkapseln). Der flexible Träger 2 kann ein Folien-PCB oder ein normales PCB mit Spannungsabbaustrukturen, wie z.B. Spannungsentkopplungsgräben, sein, die es der normalen PCB ermöglichen, flexibel zu sein. Somit kann der flexible Träger 2 als Spannungsentkopplungsträger oder Substrat bezeichnet werden. Darüber hinaus ist zu beachten, dass, während in den beschriebenen Beispielen Bondkugeln verwendet werden, jede elektrische Verbindungsstruktur verwendet werden kann, um den Kontakt zwischen dem Chip 1 und dem flexiblen Träger 2 bereitzustellen.
  • Der Chip 1 ist eine integrierte Schaltung (IC), die ein Halbleitersubstrat 10 (z.B. ein Siliziumsubstrat) mit einer Hauptfläche 11 auf der Vorderseite des Chips 1 und ein bei der Hauptfläche 11 bereitgestelltes MEMS-Element 12 beinhaltet. Die Hauptfläche 11 kann als aktive Chip-Oberfläche bezeichnet werden, die eine zusätzliche Schaltung beinhaltet, die mit dem MEMS-Element 12 verbunden ist. Die Bondkugeln 3 sind mit einem Pad auf der Hauptfläche 11 des Chips 1 und mit dem flexiblen Träger 2 gekoppelt und dienen zur Übertragung elektrischer Signale dazwischen. In dieser Anordnung wird der Chip 1 mit der Vorderseite nach unten auf dem flexiblen Träger 2 montiert, so dass ein empfindlicher Bereich des MEMS-Elements 12 zum flexiblen Träger zeigt.
  • Das MEMS-Element 12 ist ein Drucksensor, der bei der Hauptfläche 11 angeordnet ist, so dass das MEMS-Element 12 in der Lage ist, eine Druckänderung zu erfassen. Somit beinhaltet das MEMS-Element 12 einen empfindlichen Bereich, der entweder aus der Hauptfläche 11 herausragt und/oder sich in einer Öffnung der Hauptfläche 11 befindet, in der sich der empfindliche Bereich befindet. Das MEMS kann auch eine Rückseitenbearbeitung des Siliziumdie verwenden (z.B. Bulk-Mikrobearbeitung oder Die-Bonding mit anderen Wafern).
  • Das Drucksensorpackage 100 beinhaltet ferner ein flexibles Schutzmaterial 13, wie beispielsweise Silikongel, das zwischen dem MEMS-Element 12 und dem flexiblen Träger 2 angeordnet und gekoppelt ist. Das flexible Schutzmaterial 13 kann so angeordnet sein, dass eine gesamte freiliegende Oberfläche des MEMS-Elements 12, einschließlich des empfindlichen Bereichs, durch das flexible Schutzmaterial 13 verkapselt ist. Somit wird das flexible Schutzmaterial 13 mindestens in dem Bereich platziert, in dem sich das MEMS-Element 12 befindet, und das flexible Schutzmaterial 13 wird verwendet, um den Zwischenraum zwischen dem MEMS-Element 12 und dem flexiblen Träger 2 zu schließen. Durch diese Anordnung kann auf den flexiblen Träger 2 Druck ausgeübt werden, so dass er durch das flexible Schutzmaterial 13 auf das MEMS-Element 12 übertragen wird. Zusätzlich wird der direkt auf das Schutzmaterial 13 ausgeübte Druck durch das flexible Schutzmaterial 13 auf das MEMS-Element 12 übertragen, so dass der flexible Träger 2 die Messung nicht beeinflusst. Diese direkte Druckanwendung auf das Schutzmaterial 13 kann bei einem oder mehreren der Schlitze oder Öffnungen 19 erreicht werden, die sich durch den flexiblen Träger 2 erstrecken, oder an jedem anderen Bereich, wo das Schutzmaterial 13 der Umgebung ausgesetzt ist.
  • Wie dargestellt, ist das flexible Schutzmaterial 13 ferner mit mindestens einem Abschnitt der Hauptfläche 11 des Chips 1 verbunden. Somit füllt das flexible Schutzmaterial 13 den Zwischenraum zwischen der Hauptfläche 11, einschließlich des MEMS-Elements 12, und dem flexiblen Träger 2 vollständig aus.
  • Der flexible Träger 2 kann auch eine Vielzahl von Schlitzen oder Öffnungen 19 beinhalten, welche die Flexibilität des Trägers 2 erhöhen können und auch die Menge der mechanischen Spannung reduzieren können, die auf den inneren Bereich des Trägers übertragen wird, wo das MEMS-Element damit verbunden ist. Beispielsweise können die Schlitze 19 in der Nähe der Bondkugeln 3 angeordnet sein. In einigen Fällen können die Schlitze 19 eine Peripherie der Bondkugeln 3 in einem kreisförmigen Muster umgeben.
  • 2A-2C zeigen eine Querschnittsdarstellung eines Drucksensorpackage 200 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Ähnlich wie das in der 1 gezeigte Drucksensorpackage 100 beinhaltet das Drucksensorpackage 200 einen Chip 1, der mit einem flexiblen Träger 2 durch Bondkugeln 3 verbunden ist, mit der Ausnahme, dass der flexible Träger 2 zum zusätzlichen Schutz um den Chip 1 gefaltet ist. Durch Falten des flexiblen Trägers 2 um den Chip 1 wird eine gefaltete Tasche 21 oder ein Hohlraum um den Chip 1 ausgebildet. Somit umgibt der flexible Träger 2 mindestens drei Seiten des Chips 1, einschließlich der Hauptfläche 11, einer der Hauptfläche 11 gegenüberliegenden Rückfläche 14, und einer Seitenfläche 15, die an die Hauptfläche 11 und die Rückfläche 14 anschließt.
  • Wie in der 2B gezeigt, ist die gefaltete Tasche 21 mindestens teilweise mit einem kompressiblen Schaum 22 gefüllt, so dass ein Zwischenraum zwischen der Rückseite 14 und dem flexiblen Träger 2 mit dem Schaum 22 gefüllt ist und so dass ein Zwischenraum zwischen der Seitenfläche 15 und dem flexiblen Träger 2 mit dem Schaum 22 gefüllt ist. Allermindestens sollte der Schaum 22 porös sein, damit er Druck unverändert an das Schutzmaterial 13 weiterleitet und vom Drucksensor erfasst wird. Der Schaum 22 kann zum Schutz und zur Medienfilterung in die gefaltete Tasche 21 gedrückt werden.
  • Alternativ können anstelle eines Schaums ein Gewebe oder Fasern verwendet werden. Somit kann jedes kompressible und poröse Material anstelle des Schaums 22 verwendet werden. Dieses Material kann als ein kompressibles und poröses Füllmaterial bezeichnet werden, das dazu ausgelegt ist, den Druck unverändert an das Schutzmaterial 13 weiterzuleiten.
  • Darüber hinaus kann der Schaum 22 eine andere Seitenfläche 16 des Chips 1 bedecken, so dass der Schaum 22 den Chip 1 auf allen verbleibenden Seiten des Chips 1, mit Ausnahme der Hauptfläche 11, verkapselt. Wie vorstehend beschrieben, wird das flexible Schutzmaterial 13 verwendet, um den Zwischenraum zwischen der Hauptfläche 11, einschließlich des MEMS-Elements 12, und dem flexiblen Träger 2 zu füllen.
  • Somit kann in einem Beispiel der flexible Träger 2 zunächst umgefaltet werden, um die gefaltete Tasche 21 auszubilden und dann kann Schaum 22 in die gefaltete Tasche 21 eingespritzt werden, um die verbleibenden Zwischenräume zu füllen und den Chip 1, die Bondkugeln 3, und das MEMS-Element 12 abzudichten.
  • Alternativ kann der Schaum 22 auf dem Chip 1 angeordnet werden, um die freiliegenden Oberflächen des Chips 1 zu verkapseln, und dann kann der flexible Träger 2 über den angeordneten Schaum 22 gefaltet werden, um die in der 2B gezeigte Struktur auszubilden.
  • Als andere Alternative kann der Schaum 22 auf den flexiblen Träger 2 geklebt werden, bevor er über den Chip 1 gefaltet wird. Einmal geklebt, können der flexible Träger 2 und der Schaum 22 über den Chip 1 gefaltet werden, um das gleiche Ergebnis wie in der 2B dargestellt zu erzielen.
  • Der flexible Träger 2 kann ferner eine oder mehrere Drucköffnungen 34 beinhalten, die sich durch den Abschnitt des flexiblen Trägers 2 erstrecken, der über die Rückseite des Chips 1 gefaltet ist. Die Drucköffnungen 34 ermöglichen es dem flexiblen Träger 2, porös zu sein, so dass Luftdruck hindurchgehen kann. Die Drucköffnungen 34 dienen somit dazu, mechanische Spannungen abzuleiten.
  • Wie in der 2C gezeigt, wird die gefaltete Tasche 21 mit dem flexiblen Schutzmaterial 13 in einem Bereich gefüllt, der den Chip 1, einschließlich des MEMS-Elements 12, vollständig verkapselt. Der kompressible Schaum 22 kann ferner in einem Seitenbereich des Package 200 abgegeben werden, um den Chip 1 und das flexible Schutzmaterial 13 in der gefalteten Tasche 21 zu umschließen. Das heißt, ein verbleibender Teil der gefalteten Tasche 21 ist mit dem Schaum 22 gefüllt.
  • Somit kann in einem Beispiel der flexible Träger 2 zunächst zu der gefalteten Tasche 21 umgefaltet werden, und dann kann das flexible Schutzmaterial 13 in die gefaltete Tasche 21 eingespritzt werden, um die verbleibenden Zwischenräume zu füllen und den Chip 1, die Bondkugeln 3, und das MEMS-Element 12 zu verschließen. Anschließend kann der Schaum 22 dann eingespritzt werden, um das flexible Schutzmaterial 13 in der gefalteten Tasche 21 abzudichten.
  • Obwohl nicht dargestellt, kann der flexible Träger 2 in den 2A-2C ferner Schlitze beinhalten, die den in der 1 dargestellten Schlitzen 19 ähnlich sind.
  • Alternativ kann das flexible Schutzmaterial 13 auf dem Chip 1 angeordnet sein, um die freiliegenden Oberflächen des Chips 1 zu verkapseln, und dann kann der flexible Träger 2 über das angeordnete flexible Schutzmaterial 13 gefaltet werden, um die in der 2C dargestellte Struktur auszubilden. Anschließend kann der Schaum 22 dann eingespritzt werden, um das flexible Schutzmaterial 13 in der gefalteten Tasche 21 abzudichten.
  • 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Drucksensorpackage 300 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Ähnlich wie die in den 1 und 2A-2C dargestellten Drucksensorpackages 100 und 200 beinhaltet das Drucksensorpackage 300 einen Chip 1, der mit einem flexiblen Träger 2 durch Bondkugeln 3 verbunden ist, mit der Ausnahme, dass über der Rückseite des Chips 1 ein flexibler Filmaufkleber (Filmsticker) 31 bereitgestellt ist, um eine Tasche 32 oder einen Hohlraum auszubilden, in dem der Chip 1 liegt.
  • Insbesondere kann der Filmaufkleber 31 an einem Umfang, der den Chip 1 umgibt, mit dem flexiblen Träger 2 verbunden sein. Somit erstreckt sich der Filmaufkleber 31 von einem verbundenen Bereich des flexiblen Trägers 2 über eine Rückseite des Chips 1. Ein kompressibler Schaum 22 kann dann zwischen eine Innenfläche des Filmaufklebers 31 und den Chip 1 injiziert werden, so dass der Schaum 22 den Filmaufkleber 31 von dem Chip 1 trennt. Dadurch wird die Tasche 32 durch das Einspritzen des Schaums 22 ausgebildet oder vergrößert.
  • Alternativ kann der Schaum 22 zuerst auf dem Chip 1 und dem flexiblen Träger 2 angeordnet werden, um die freiliegenden Oberflächen des Chips 1 zu verkapseln, und dann kann der Filmaufkleber 31 über dem Schaum 22 platziert und mit dem flexiblen Träger 2 verbunden werden.
  • Als weitere Alternative kann der Schaum 22 auf den Filmaufkleber 31 geklebt und dann auf den Chip 1 geklebt werden. Somit kann der Filmaufkleber 31 über den Schaum 22 auf den Chip 1 geklebt werden, um das in der 3 dargestellte Ergebnis zu erzielen.
  • Der Filmaufkleber 31 kann ferner eine oder mehrere Drucköffnungen 34 beinhalten, die sich durch die Membran des Filmaufklebers 31 erstrecken. Die Drucköffnungen 34 ermöglichen es dem Filmaufkleber 31 porös zu sein, so dass Luftdruck hindurchgehen kann. Die Drucköffnungen 34 dienen somit dazu, mechanische Spannungen abzuleiten. Darüber hinaus ist es möglich, den Schaum durch eine oder mehrere der Drucköffnungen 34 zu injizieren, um die Tasche 32 zu füllen.
  • Ähnlich kann der flexible Träger 2 eine oder mehrere Drucköffnungen 35 beinhalten, die sich durch den flexiblen Träger 2 erstrecken. Die Drucköffnungen 35 befinden sich in einem Bereich, in dem der Schaum 22 mit dem flexiblen Träger in Kontakt ist. Es ist möglich, den Schaum durch eine oder mehrere der Drucköffnungen 35 zu injizieren, um die Tasche 32 zu füllen. Die Drucköffnungen 35 ermöglichen es dem flexiblen Träger 2 porös zu sein, so dass Luftdruck hindurchgehen kann. Die Drucköffnungen 35 dienen somit dazu, mechanische Spannungen abzuleiten.
  • Obwohl nicht dargestellt, kann der flexible Träger 2 in der 3 ferner Schlitze beinhalten, die den in der 1 dargestellten Schlitzen 19 ähnlich sind.
  • 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Drucksensorpackage 400 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Ähnlich wie das in der 1 gezeigte Drucksensorpackage 100 beinhaltet das Drucksensorpackage 400 einen Chip 1, der mit einem flexiblen Träger 2 durch Bondkugeln 3 verbunden ist, mit der Ausnahme, dass die Bondkugeln 3 mit einer Rückfläche 14 des Chips 1 gekoppelt sind und der empfindliche Bereich des MEMS-Elements 12 von dem flexiblen Träger 2 weg weist. Der flexible Träger 2 kann ferner Schlitze 19 beinhalten.
  • Darüber hinaus ist das MEMS-Element 12 bei der Hauptfläche 11 des Chips 1 angeordnet und seine freiliegende Oberfläche, einschließlich des empfindlichen Bereichs, ist vollständig mit dem flexiblen Schutzmaterial 13 bedeckt. Der Klumpen aus flexiblem Schutzmaterial 13 ist ferner von einem strukturierten Material 41 umgeben, das ebenfalls auf der Hauptfläche 11 des Chips 1 angeordnet ist. Somit ist das strukturierte Material 41 um einen peripheren Bereich der Hauptfläche 11 angeordnet, während das flexible Schutzmaterial 13 und das MEMS-Element 12 bei einem Innenbereich der Hauptfläche 11 angeordnet sind.
  • Das strukturierte Material 41 kann ein strukturiertes Kunstharz sein, das ausreichend flexibel sein sollte, um die Entstehung übermäßiger Spannung zu vermeiden. Ein Harzmaterial, das bei Halbleiterprozessen verwendet werden kann, ist Polyimid. Das Harz stellt eine Öffnung bei einem Bereich um das MEMS-Element 12 bereit, die eine kontrollierte Abscheidung des flexiblen Schutzmaterials 13 unterstützen kann. Somit wird das flexible Schutzmaterial 13 innerhalb der durch das strukturierte Material 41 ausgebildeten Öffnung abgegeben.
  • Alternativ kann das strukturierte Material 41 ein strukturierter Siliziumwafer oder ein strukturierter Glaswafer mit einem thermisch angepassten Ausdehnungskoeffizienten sein.
  • 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Drucksensorpackage 500 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Ähnlich wie das in der 4 gezeigte Drucksensorpackage 400 beinhaltet das Drucksensorpackage 500 einen Chip 1, der durch Bondkugeln 3 mit einem flexiblen Träger 2 verbunden ist, mit der Ausnahme, dass das flexible Schutzmaterial 13 den Chip 1 vollständig verkapselt, einschließlich des MEMS-Elements 12.
  • Darüber hinaus beinhaltet das Drucksensorpackage 500 einen Begrenzungsrahmen 51, der mit einem Verbindungskleber 52, wie beispielsweise Klebstoff oder Lot, mit dem flexiblen Träger 2 verbunden ist. Der Begrenzungsrahmen 51 umschließt vollständig eine Peripherie des Chips 1, und das flexible Schutzmaterial 13 ist global über den Chip 1 unter Verwendung des Begrenzungsrahmens 51 abgeschieden, um das flexible Schutzmaterial 13 in einem Hohlraum zu halten, der zwischen den Wänden des Begrenzungsrahmens 51 ausgebildet ist.
  • In den 4 und 5 ist auch zu beachten, dass der flexible Träger 2 auch um den Chip 1 gefaltet sein kann, um eine gefaltete Tasche um den Chip auszubilden, ähnlich wie in den 2A-2C beschrieben. Somit können die 4 und 5 jedes der in Verbindung mit den 2A-2C beschriebenen Merkmale beinhalten.
  • Ähnlich ist in den 4 und 5 zu beachten, dass der Filmaufkleber 31 mit dem flexiblen Träger 2 verbinden sein kann, um den Chip 1 in einer Tasche 32 zu umschließen, ähnlich wie in Bezug auf die 3 beschrieben. Somit können die 4 und 5 jedes der in Verbindung mit der 3 beschriebenen Merkmale beinhalten.
  • 6 zeigt eine Draufsicht auf das in der 1 gezeigte Drucksensorpackage 100. Wie man sieht, sind die Bondkugeln 3 mit den Anschlussleiterdrähten 61 verbunden. Außerdem sind Schlitze oder Öffnungen 19 in dem flexiblen Träger 2 gezeigt. Mehrere Öffnungen 19 umgeben einen Verbindungsbereich des flexiblen Trägers 2, wo jeweils eine Bondkugel 3 befestigt ist.
  • 7 zeigt eine Draufsicht des Drucksensorpackage 700 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Insbesondere das Drucksensorpackage 700 verwendet anstelle eines flexiblen Trägers ein reguläres PCB 72 aus z.B. FR4 oder Keramikmaterial. Darüber hinaus beinhaltet das PCB 72 Spannungsabbaufedern 79, die im Material des PCB 72 eingegraben sind. Die Spannungsabbaufedern 79 werden durch Fräsen von Rillen oder Kanälen in dem PCB 72 ausgebildet. Jede Spannungsabbaufeder 79 kann als zwei parallele Kanäle betrachtet werden, die sich bei der Peripherie einer entsprechenden Bondkugel 3 zu einem einzigen integrierten Kanal verbinden.
  • Jeder Kanal umschließt eine Peripherie einer entsprechenden Bondkugel 3 und erstreckt sich nach außen zu einer Peripherie des PCB 72. Eine Spannungsabbaufeder 79 kann sich von einer Peripherie einer entsprechenden Bondkugel 3 erstrecken und sich zu einer Peripherie des PCB 72 schräg gegenüber von der entsprechenden Bondkugel 3 erstrecken. Beispielsweise wickelt sich eine Spannungsabbaufeder 79 um die Peripherie der Bondkugel 3, die sich in der linken oberen Ecke des Chips 1 befindet, wickelt sich um eine Peripherie von zwei benachbarten Seiten des Chips 1 zu einer rechten unteren Ecke des PCB 72.
  • Es ist zu beachten, dass das PCB 72 mit Spannungsabbaufedern 79 in den 1, 3, 4 und 5 implementiert werden kann, den flexiblen Träger 2 ersetzend.
  • Obwohl sich die hierin beschriebenen Ausführungsformen auf MEMS-Drucksensoren und in einigen Fällen auf kapazitive Drucksensoren beziehen, ist zu verstehen, dass andere Implementierungen auch andere Arten von Drucksensoren oder andere Arten von MEMS-Vorrichtungen oder MEMS-Elementen beinhalten können. Obwohl einige Aspekte im Rahmen einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wo ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang eines Verfahrensschritts beschrieben werden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Gegenstands oder eines Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle Verfahrensschritte können durch (oder unter Verwendung) einer Hardwarevorrichtung ausgeführt werden, wie zum Beispiel ein Mikroprozessor, ein programmierbarer Computer oder eine elektronische Schaltung. In einigen Ausführungsformen können einige oder mehrere der Verfahrensschritte durch eine solche Vorrichtung ausgeführt werden.
  • Darüber hinaus ist zu verstehen, dass die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen, die in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbart sind, nicht so ausgelegt werden kann, dass sie in der spezifischen Reihenfolge ist. Daher wird die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge beschränken, es sei denn, diese Handlungen oder Funktionen sind aus technischen Gründen nicht austauschbar. Darüber hinaus kann eine einzelne Handlung in einigen Ausführungsformen mehrere Unterhandlungen beinhalten oder in mehrere Unterhandlungen unterteilt werden. Diese Unterhandlungen können einbezogen werden und Teil der Offenbarung dieser einzigen Handlung sein, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen werden.
  • Darüber hinaus veranschaulichen die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Grundsätze der Offenbarung. Es ist daher zu beachten, dass der Fachmann in der Lage sein wird, verschiedene Vorkehrungen zu treffen, die, obwohl sie hier nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt werden, die Grundsätze der Offenbarung verkörpern und in ihren Geist und Umfang einbezogen sind. Darüber hinaus sind alle hierin genannten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur für pädagogische Zwecke gedacht, um das Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der zur Erweiterung der Technik beigetragenen Konzepte zu erleichtern, und sind so zu verstehen, dass sie ohne Einschränkung auf solche spezifisch genannten Beispiele und Bedingungen ausgelegt werden. Darüber hinaus sind alle hierin enthaltenen Aussagen, in denen Grundsätze, Aspekte und Ausführungsformen der Offenbarung sowie konkrete Beispiele dafür vorgetragen werden, dazu bestimmt, Äquivalente davon zu umfassen. Daher ist es selbstverständlich, dass Änderungen und Variationen der Anordnungen und der hierin beschriebenen Details für den Fachmann ersichtlich sind.
  • Darüber hinaus werden hiermit die folgenden Ansprüche in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als separate beispielhafte Ausführungsform stehen kann. Während jeder Anspruch für sich allein als separate beispielhafte Ausführungsform stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere beispielhafte Ausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs beinhalten können. Solche Kombinationen werden hierin vorgeschlagen, es sei denn, es wird angegeben, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Darüber hinaus ist beabsichtigt, auch Merkmale eines Anspruchs auf einen anderen unabhängigen Anspruch einzubeziehen, auch wenn dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängig gemacht ist.

Claims (18)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Halbleiterchip (1), umfassend: ein Substrat (10) mit einer ersten Oberfläche (11) und einer zweiten Oberfläche (14), die gegenüber der ersten Oberfläche (11) angeordnet ist; und ein MEMS(Mikroelektromechanisches System)-Element (12), umfassend einen empfindlichen Bereich, der bei der ersten Oberfläche (11) des Substrats (10) angeordnet ist; mindestens eine elektrische Verbindungsstruktur (3), die mit der ersten Oberfläche (11) des Substrats (10) elektrisch verbunden ist; und einen flexiblen Träger (2), der mit der mindestens einen elektrischen Verbindungsstruktur (3) elektrisch verbunden ist, wobei der flexible Träger (2) sich um den Halbleiterchip (1) wickelt und sich über die zweite Oberfläche (14) des Substrats (10) erstreckt, so dass ein gefalteter Hohlraum (21) um den Halbleiterchip (1) ausgebildet wird.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein flexibles Schutzmaterial (13), welches zwischen dem MEMS-Element (12) und dem flexiblen Träger (2) angeordnet ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das flexible Schutzmaterial (13) an die erste Oberfläche (11) des Substrats (10) verbunden ist und den empfindlichen Bereich des MEMS-Elements (12) verkapselt.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das flexible Schutzmaterial (13) ein silikonbasiertes Material ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der empfindliche Bereich dem flexiblen Träger (2) zugewandt ist, und wobei Druck direkt auf das flexible Schutzmaterial (13) ausgeübt wird, so dass der Druck durch das flexible Schutzmaterial (13) unverändert an das MEMS-Element (12) übertragen wird.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der flexible Träger (2) mindestens eine Öffnung (19) beinhaltet, die sich dadurch erstreckt, wobei jede der mindestens einen Öffnung (19) in der Nähe eines Verbindungsbereichs einer entsprechenden der mindestens einen elektrischen Verbindungsstruktur (3) ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Vielzahl von Öffnungen (19), einschließlich der mindestens einen Öffnung (19), eine Peripherie der mindestens einen elektrischen Verbindungsstruktur (3) umgibt.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein Füllmaterial (22), welches kompressibel und porös ist, in dem gefalteten Hohlraum (21) angeordnet ist und einen Zwischenraum zwischen der zweiten Oberfläche (14) des Substrats (10) und einem Abschnitt des flexiblen Trägers (2) füllt, welcher sich über die zweite Oberfläche (14) des Substrats (10) erstreckt.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der flexible Träger (2) mindestens eine Drucköffnung (34) beinhaltet, die sich dadurch erstreckt, wobei jede der mindestens einen Drucköffnungen (34) in einem Abschnitt des flexiblen Trägers (2) angeordnet ist, welcher in direktem Kontakt mit dem Füllmaterial (22) ist, so dass die mindestens eine Drucköffnung (34) in direktem Kontakt mit dem Füllmaterial (22) ist.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Füllmaterial (22) kompressibel und porös ist, so dass das Füllmaterial (22) dazu ausgelegt ist, darauf ausgeübten Druck unverändert an das flexible Schutzmaterial (13) zu übertragen.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend: ein flexibles Schutzmaterial (13), welches zwischen dem MEMS-Element (12) und dem flexiblen Träger (2) und zwischen der zweiten Oberfläche (14) des Substrats (10) und einem Abschnitt des flexiblen Trägers (2) angeordnet ist, welches sich über die zweite Oberfläche (14) des Substrats (10) erstreckt.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei das flexible Schutzmaterial (13) den Halbleiterchip (1) vollständig verkapselt, einschließlich des MEMS-Elements (12), in dem gefalteten Hohlraum (21).
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, ferner umfassend: ein Füllmaterial (22), welches kompressibel und porös ist, an einem Endabschnitt des gefalteten Hohlraums angeordnet ist und das flexible Schutzmaterial (22) innerhalb des gefalteten Hohlraums (21) abdichtet.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Füllmaterial (22) kompressibel und porös ist, so dass das Füllmaterial (22) dazu ausgelegt ist, darauf ausgeübten Druck unverändert an das flexible Schutzmaterial (13) zu übertragen.
  15. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das MEMS-Element (12) ein Drucksensor ist.
  16. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (1) ein Bare-Die oder ein Chip-Size-Package ist.
  17. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleitervorrichtung frei von jeglichem Moldmaterial ist.
  18. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine elektrische Verbindungsstruktur (3) eine Bondkugel ist.
DE102020105333.9A 2019-03-06 2020-02-28 Drucksensoren auf flexiblen substraten zur spannungsentkopplung Pending DE102020105333A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/294,208 2019-03-06
US16/294,208 US10777474B1 (en) 2019-03-06 2019-03-06 Pressure sensors on flexible substrates for stress decoupling

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020105333A1 true DE102020105333A1 (de) 2020-09-10

Family

ID=72146792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020105333.9A Pending DE102020105333A1 (de) 2019-03-06 2020-02-28 Drucksensoren auf flexiblen substraten zur spannungsentkopplung

Country Status (3)

Country Link
US (4) US10777474B1 (de)
CN (1) CN111664966B (de)
DE (1) DE102020105333A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10777474B1 (en) * 2019-03-06 2020-09-15 Infineon Technologies Ag Pressure sensors on flexible substrates for stress decoupling
US11711653B2 (en) 2021-05-11 2023-07-25 xMEMS Labs, Inc. Sound producing cell and manufacturing method thereof

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5825091A (en) 1997-03-25 1998-10-20 Motorola, Inc. Sensor assembly mounted to a leadframe with adhesive deposits at separate locations
US6869825B2 (en) * 2002-12-31 2005-03-22 Intel Corporation Folded BGA package design with shortened communication paths and more electrical routing flexibility
US7154175B2 (en) * 2004-06-21 2006-12-26 Intel Corporation Ground plane for integrated circuit package
US20060223227A1 (en) * 2005-04-04 2006-10-05 Tessera, Inc. Molding method for foldover package
US7202552B2 (en) 2005-07-15 2007-04-10 Silicon Matrix Pte. Ltd. MEMS package using flexible substrates, and method thereof
US7767543B2 (en) * 2005-09-06 2010-08-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing a micro-electro-mechanical device with a folded substrate
US7843021B2 (en) * 2008-02-28 2010-11-30 Shandong Gettop Acoustic Co. Ltd. Double-side mountable MEMS package
US8625832B2 (en) * 2011-04-04 2014-01-07 Invensense, Inc. Packages and methods for packaging microphone devices
US9631997B2 (en) 2013-05-14 2017-04-25 Infineon Technologies Ag Apparatus for measuring a pressure, a method for manufacturing an apparatus for measuring a pressure and a battery
DE102014210934A1 (de) * 2014-06-06 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Vertikal hybrid integriertes MEMS-ASIC-Bauteil mit Stressentkopplungsstruktur
US9624093B2 (en) 2014-11-17 2017-04-18 Apple Inc. Method and apparatus of making MEMS packages
US9360318B1 (en) * 2014-12-23 2016-06-07 Compass Technology Company Limited Gyro MEMS sensor package
US20160209285A1 (en) 2015-01-20 2016-07-21 Seiko Epson Corporation Pressure sensor, method of manufacturing pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object
US10119877B2 (en) 2015-07-16 2018-11-06 Kulite Semiconductor Products, Inc. High-temperature headers for sensing elements
US10060820B2 (en) 2015-12-22 2018-08-28 Continental Automotive Systems, Inc. Stress-isolated absolute pressure sensor
US10549982B2 (en) 2016-02-15 2020-02-04 Stmicroelectronics S.R.L. Pressure sensor encapsulated in elastomeric material, and system including the pressure sensor
EP3243793B1 (de) * 2016-05-10 2018-11-07 ams AG Sensorbaugruppe und anordnung und verfahren zur herstellung einer sensorbaugruppe
US10777474B1 (en) * 2019-03-06 2020-09-15 Infineon Technologies Ag Pressure sensors on flexible substrates for stress decoupling

Also Published As

Publication number Publication date
US10910283B2 (en) 2021-02-02
US20220328369A1 (en) 2022-10-13
US10777474B1 (en) 2020-09-15
US20210134688A1 (en) 2021-05-06
US11443992B2 (en) 2022-09-13
CN111664966B (zh) 2022-04-29
US20200321256A1 (en) 2020-10-08
US20200283287A1 (en) 2020-09-10
CN111664966A (zh) 2020-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010006132B4 (de) Miniaturisiertes elektrisches Bauelement mit einem Stapel aus einem MEMS und einem ASIC
DE102015116353B4 (de) Mikrointegrierter gekapselter MEMS-Sensor mit mechanischer Entkopplung und Herstellungsverfahren dafür
DE102013113469B4 (de) Flip-chip-wafer-level-baueinheiten und diesbezügliches verfahren
DE102017221082B4 (de) Halbleitergehäuse mit einem Durchgangsport für Sensor-Anwendungen und Herstellungsverfahren
DE102014117209B4 (de) Ein halbleiterbauelement und ein verfahren zum bilden eines halbleiterbauelements
DE102009038706B4 (de) Sensorbauelement
EP1805101B1 (de) Verfahren zum montieren von halbleiterchips und entsprechende halbleiterchipanordnung
DE102016106311B4 (de) Kavitätspackage mit kompositsubstrat
DE102005054177B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von gehäusten Sensormodulen
DE102011078937A1 (de) Drucksensorgehäusesysteme und -verfahren
EP1472727A2 (de) Halbleiterbauteil mit sensor- bzw. aktoroberfläche und verfahren zu seiner herstellung
DE102016203232A1 (de) 3D-gestapelter piezoresistiver Drucksensor
DE102008013180A1 (de) Struktur einer Halbleiterbausteinpackung und deren Verfahren
WO2010124909A1 (de) Mems mikrofon
WO2008138666A1 (de) Differenzdruck-sensoranordnung und entsprechendes herstellungsverfahren
DE102020105333A1 (de) Drucksensoren auf flexiblen substraten zur spannungsentkopplung
DE102008010098A1 (de) Halbleiterpackage mit einer ein Die aufnehmenden durchgehenden Ausnehmung und einer Verbindungsbohrung und ein Verfahren zu deren Herstellung
DE10054964A1 (de) Beschleunigungssensor
DE102017220349B3 (de) Mikromechanische Drucksensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE102018220762B4 (de) Aufbringung von Schutzmaterial auf Wafer-Ebene bei einem Eingangsprozess für Frühphasen-Teilchen- und -Feuchtigkeitsschutz
DE102014115144A1 (de) Belastungsabschirmung für Integrierte-Schaltung-Packung
DE102010029550B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen
EP3231010B1 (de) Einfach herstellbares elektrisches bauelement und verfahren zur herstellung eines elektrischen bauelements
DE102020108740A1 (de) Segmentierte spannungsentkopplung über vorderseitige grabenbildung
WO2006061274A1 (de) Chipmodul und verfahren zu dessen herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R084 Declaration of willingness to licence
R016 Response to examination communication