DE112013003175B4

DE112013003175B4 - Thermische Luftstromsensoren und zugehörige Herstellverfahren

Info

Publication number: DE112013003175B4
Application number: DE112013003175.2T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Automotive Systems Doi Ryosuke; c/o Hitachi Ltd. Nakano Hiroshi; c/o Hitachi Car Engineering Co. Hanzawa Keiji
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2033-06-11
Also published as: US10001394B2; CN106840291A; DE112013003175T5; US9664546B2; CN104395709B; CN106840291B; US20150323360A1; US20190178694A1; WO2014002736A1; DE112013007791B4; JP2014010024A; JP5675716B2; US11391611B2; CN104395709A; US10240957B2; US20180266862A1; US20170227389A1

Abstract

Thermischer Luftstromsensor miteinem Halbleitersubstrat (20) mit einem Dünnwandabschnitt (25), einem über dem Dünnwandabschnitt (25) vorgesehenen Heizwiderstand (21) und Widerstandstemperaturdetektoren (22, 23), die aufstromseitig und abstromseitig vom Heizwiderstand (21) installiert sind;einem Schutzfilm (30, 33), der über dem Halbleitersubstrat (20) vorgesehen ist; undeinem Harz (60), das das Halbleitersubstrat (20) abdichtet und des Weiteren einen Freihaltungsabschnitt zum teilweisen Freihalten eines den Dünnwandabschnitt (25) aufweisenden Bereiches aufweist,wobei der Schutzfilm (30, 33) so vorgesehen ist, dass er den Heizwiderstand (21) nahtlos umgibt, und der Schutzfilm (30, 33) einen äußeren Umfangsrand aufweist, der außerhalb des Dünnwandabschnittes (25) und in dem Freihaltungsabschnitt angeordnet ist,der Schutzfilm (30, 33) aus einem organischen Material besteht und einen inneren Umfangsrand aufweist, der über dem Dünnwandabschnitt (25) angeordnet ist,der thermische Luftstromsensor des Weiteren einen zweiten Schutzfilm (30, 34) aufweist, der über dem Halbleitersubstrat (20) und außerhalb des Schutzfilmes (30, 33) vorgesehen ist, undder zweite Schutzfilm (30, 34) so vorgesehen ist, dass er den Schutzfilm (30, 33) umschließt, dadurch gekennzeichnet,dass der zweite Schutzfilm (30, 34) in einem Bereich vorgesehen ist, der mit dem Harz (60) bedeckt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor, der physikalische Größen detektiert. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen thermischen Luftstromsensor.
Stand der Technik
Bei thermischen Luftstromsensoren handelt es sich in herkömmlicher Weise um einen Hauptstrom-Luftstromsensor, der im Ansaugluftkanal von Brennkraftmaschinen, beispielsweise solchen von Automobilen, installiert ist, um das Ansaugluftvolumen zu messen, da diese thermischen Luftstromsensoren in der Lage sind, die Luftmenge direkt zu detektieren.
Es wurde in jüngerer Zeit ein Luftstromsensor entwickelt, der Widerstände und Isolationsfilmschichten aufweist, die auf einem Siliciumsubstrat angeordnet sind. Dieser Sensor wurde durch Mikrobearbeitungstechnik hergestellt. Ein Teil des Siliciumsubstrates wurde danach mithilfe eines Lösungsmittels, beispielsweise von KOH, entfernt, um einen Dünnwandabschnitt auszubilden. Dieser Luftstromsensor ist von Interesse, da er mit hoher Geschwindigkeit anspricht und in der Lage ist, aufgrund seines schnellen Ansprechverhaltens Gegenströme zu detektieren. Um die Anzahl der Komponenten, die den Substratabschnitt (gedrucktes Substrat, Siliciumsubstrat etc.) bilden, zu verringern, wurden in den letzten Jahren Untersuchungen durchgeführt, um eine Struktur zu formen, bei der dieser Luftstromsensor auf einem Führungsrahmen montiert ist, dessen Umfang in Harz eingegossen ist. Patentdokument 2 zeigt einen Halbleiter-Durchflussmengen-Detektor, der aus einem Halbleiterchip besteht. Weiterhin zeigt der Halbleiter-Durchflussmengen-Detektor des Patentdokuments 2 Sensorelemente auf seiner Oberfläche und Leitungen, die mit Verbindungsanschlüssen des Halbleiterchips verbunden sind. Im Detail zeigt Patentdokument 2 weiterhin eine Harzbasis, die die Verbindungspunkte zwischen den Leitungen und den Verbindungsanschlüssen des Halbleiterchips bedeckt.
Patentdokument 3 zeigt eine Heizung mit einem diffusen Widerstand. Die Heizung des Patentdokuments 3, zeigt weiterhin einem Halbleiterchip.
Patentdokument 4 zeigt eine Struktur, in der der periphere Teil eines Membranabschnitts eines elektrischen Isolierfilms mit einem Schutzfilm aus einem organischen Material bedeckt ist. Weiterhin zeigt die Struktur des Patentdokuments 4 einen Widerstandsdraht auf dem Membranabschnitt.
Patentdokument 5 zeigt einen thermischer Luftmengenmesser, mit dem durch Abschirmung festgestellt werden kann, ob ein. Sensorelement nicht defekt oder defekt ist.
Literatur des Standes der Technik

Patentdokument 1: JP 3610484 B2
Patentdokument 2: DE 42 41 333 A1
Patentdokument 3: JP S60- 1 525 A
Patentdokument 4: US 2010 / 0 077 851 A1
Patentdokument 5: US 2006 / 0 037 390 A1

Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Ein existierender thermischer Luftstromsensor, der in Patentdokument 1 beschrieben ist, stellt eine Erfindung dar, bei der die Oberfläche eines Durchflusssensorelementes mit einem Schutzfilm versehen ist, der aus einem organischen Material hergestellt ist, um die Zuverlässigkeit des Dünnwandabschnittes zu verbessern, welcher durch Entfernen eines Teiles des Siliciumsubstrates von dessen Rückseite geformt worden ist. Gemäß Patentdokument 1 wird dem Isolationsfilm des Dünnwandabschnittes ein erhöhter Widerstand gegenüber Staub verliehen. Bei dieser Erfindung bleibt jedoch noch Raum für Überlegungen, einen Bereich, der den Dünnwandabschnitt umfasst, teilweise freizuhalten, und zwar in einer Struktur, in der das Durchflusssensorelement mit einem Element, wie beispielsweise dem Führungsrahmen, verklebt ist, wobei der Umfang des Durchflusssensorelementes mit Harz abgedichtet ist.
Wenn das Vergießen mit Harz durchgeführt wird, um ein teilweises Freihalten zu erreichen, ist es generelle Praxis, eine Metallform, einen Einsatzstempel o.ä. während des Vergießens auf den Umfang des Dünnwandabschnittes über ein Halbleiterdetektionselement zu pressen, so dass im freigehaltenen Abschnitt kein Gießharzmaterial ausgebildet wird. Ein prinzipielles Verfahren zum Pressen des Einsatzstempels betrifft das Steuern der Bewegungsgröße des Einsatzstempels. Wenn man eine Massenproduktion betrachtet, dann ist die einzustellende Bewegungsgröße immer konstant. Die Bewegungsgröße wird von einem Produkt zum anderen uneingestellt gelassen. Wenn jedoch die auf den Einsatzstempel ausgeübte Presskraft nicht ausreichend ist, kann das Gießharz in den freigehaltenen Abschnitt fließen. Um dies zu vermeiden, muss der Einsatzstempel mit einem bestimmten Kraftniveau gegen die Halbleitervorrichtung gepresst werden. Wenn die Presskraft jedoch zu groß ist, kann die Halbleitervorrichtung verformt werden. Wenn daher der Bereich, der den Dünnwandabschnitt umfasst, teilweise freigehalten werden soll, wenn er mit Harz abgedichtet wird, muss die Kraft, mit der der Einsatzstempel angepresst wird, in einem gewissen Ausmaß einen Grenzwert besitzen.
Des Weiteren treten Änderungen in der Filmdicke sowie der Dicke des Klebers über das Detektionselement von einem Produkt zum anderen auf. Folglich variiert die Höhe der Halbleitervorrichtung, die auf dem Führungsrahmen montiert ist. Hieraus folgt, dass die vom Einsatzstempel aufgebrachte Kraft oder die entsprechende Kontaktdistanz bei jedem Produkt variiert. Hierdurch wird der zulässige Bereich der auf den Einsatzstempel ausgeübten Presskraft weiter reduziert, was zu einer Verringerung des Ertrages führt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Zuverlässigkeit eines Produktes zu verbessern, bei dem eine Halbleitervorrichtung beim Abdichten mit einem Harz teilweise freigehalten wird.
Mittel zum Lösen des Problems
Die oben genannte Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein thermischer Luftstromsensor geschaffen, der umfasst: ein Halbleitersubstrat mit einem Dünnwandabschnitt, einem Heizwiderstand, der über dem Dünnwandabschnitt vorgesehen ist, und Widerstandstemperaturdetektoren, die aufstromseitig und abstromseitig des Heizwiderstandes installiert sind; einen Schutzfilm, der über dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist; und ein Harz, das das Halbleitersubstrat abdichtet, wobei das Harz des Weiteren einen Freihaltungsabschnitt umfasst, um einen Bereich, der den Dünnwandabschnitt umfasst, teilweise freizuhalten. Der Schutzfilm ist so vorgesehen, dass er den Heizwiderstand nahtlos umgibt, wobei der Schutzfilm einen Außenumfangsrand aufweist, der außerhalb des Dünnwandabschnittes und über dem Freihaltungsabschnitt angeordnet ist.
Mit der Erfindung erreichter Effekt
Die vorliegende Erfindung verbessert die Zuverlässigkeit eines Produktes, indem eine Halbleitervorrichtung bei der Abdichtung mit einem Harz teilweise freigehalten wird.
Figurenliste
Von den Zeichnungen zeigen:

1 mehrere Ansichten, in denen ein noch zu vergießendes Sensorelement als erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, wobei 1(a) eine seitliche Schnittansicht und 1(b) eine Draufsicht sind;
2 mehrere Ansichten, in denen das vergossene Sensorelement als erste Ausführungsform dargestellt ist, wobei 2(a) eine seitliche Schnittansicht und 2(b) eine Draufsicht sind;
3 eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Vergießen bei der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
4 eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Gießharz in der ersten Ausführungsform herausfließt;
5 mehrere Ansichten eines noch zu vergießenden Sensorelementes gemäß einer zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 5(a) eine seitliche Schnittansicht und 5(b) eine Draufsicht sind;
6 mehrere Ansichten des vergossenen Sensorelementes gemäß der zweiten Ausführungsform, wobei 6(a) eine seitliche Schnittansicht und 6(b) eine Draufsicht sind;
7 eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Vergießen bei der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird;
8 eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Gießharz bei der zweiten Ausführungsform herausfließt;
9 eine Darstellung eines Schlitzes;
10 mehrere Ansichten, die das vergossene Sensorelement gemäß der dritten Ausführungsform zeigen, wobei 10(a) eine seitliche Schnittansicht und 10(b) eine Draufsicht sind;
11 eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Vergießen bei der dritten Ausführungsform durchgeführt wird;
12 eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Gießharz bei der dritten Ausführungsform herausfließt;
13 eine Ansicht, die ein noch zu vergießendes Sensorelement gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 eine Ansicht, die ein noch zu vergießendes Sensorelement gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 eine Ansicht, die einen thermischen Luftstromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Art und Weise zur Durchführung der Erfindung
Der thermische Luftstromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit 15 erläutert.
Der thermische Luftstromsensor der vorliegenden Erfindung besitzt ein Gehäuse 3 und eine Halbleiterpackung 2, die innerhalb eines Ansaugrohres 5 installiert ist, das Ansaugluft 1 der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) eines Automobils zuführt.
Das Gehäuse 3 umfasst eine Anschlussklemme 8, die elektrisch mit der Halbleiterpackung 2 verbunden ist, einen Flanschabschnitt 4, der das Gehäuse 3 am Ansaugrohr 5 fixiert, und einen Hilfskanal 6, der einen Teil der Ansaugluft 1 durchlässt.
Die Halbleiterpackung 2 wird geformt, indem ein Führungsrahmen 10, ein Halbleitersubstrat 20, Schaltungselemente und ein Temperatursensor einstückig mit einem Gießharz 60 vergossen werden. Die Halbleiterpackung 2 besitzt ferner einen teilweise freigehaltenen Bereich (der nicht mit dem Gießharz 60 bedeckt ist), um einen Durchsatzdetektionsabschnitt 7 in Bezug auf die Ansaugluft freizuhalten. Dieser Durchsatzdetektionsabschnitt 7 ist innerhalb des Hilfskanals 6 angeordnet und berechnet den Durchsatz der Ansaugluft 1 aus dem Durchsatz eines durch den Hilfskanal 6 strömenden Fluids.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit den 1 bis 4 erläutert.
Die Ansichten des Sensorelementes, das die erste Ausführungsform dieser Erfindung bildet, werden nachfolgend in Verbindung mit den 1 und 2 erläutert. 1 zeigt mehrere Ansichten des noch zu vergießenden Sensorelementes als erste Ausführungsform, während 2 mehrere Ansichten des vergossenen Sensorelementes als erste Ausführungsform zeigt.
Wie in 1 gezeigt, besitzt der thermische Luftstromsensor ein Halbleitersubstrat 20, das typischerweise aus Silicium besteht und mit einem Isolationsfilm und Widerstandsschichten versehen ist. Ein Dünnwandabschnitt 25 ist durch Entfernen eines Teiles der Rückseite des Halbleitersubstrates 20 typischerweise durch die Verwendung von Kaliumhydroxid (KOH) ausgebildet. Ein Heizwiderstand 21, ein aufstromseitiger Widerstandstemperaturdetektor 22 sowie ein abstromseitiger Widerstandstemperaturdetektor 23 sind über dem Dünnwandabschnitt 25 ausgebildet. Die Temperatur des Heizwiderstandes 21 ist einer Regelung unterzogen, so dass sie um vorgegebene Grade höher bleibt als die der Ansaugluft 1. Der Durchsatz der Ansaugluft 1 wird aus Informationen über die Differenz zwischen der vom aufstromseitigen Widerstandstemperaturdetektor 22 gemessenen Temperatur und der vom abstromseitigen Widerstandstemperaturdetektor 23 gemessenen Temperatur gemessen. Ein organischer Schutzfilm 30, der typischerweise aus Polyimid hergestellt ist, ist über der Oberfläche des thermischen Luftstromsensors ausgebildet. Der organische Schutzfilm 30 wird unter Verwendung einer Beschichtungsmaschine, wie beispielsweise einer Schleuder, einmal gleichmäßig über die gesamte Sensoroberfläche beschichtet. Danach wird die Beschichtung durch Ätzen über eine Bemusterungstechnik teilweise entfernt, um einen Versatz zwischen dem Halbleitersubstrat 20 und dem organischen Schutzfilm 30 zu erhalten. Der organische Schutzfilm 30 ist nahtlos geformt, um den Heizwiderstand 21 zu umschließen. Da der Durchsatz der Ansaugluft mit dem Heizwiderstand 21, dem aufstromseitigen Widerstandstemperaturdetektor 22 und dem abstromseitigen Widerstandstemperaturdetektor 23 gemessen wird, müssen diese drei Detektoren der Ansaugluft ausgesetzt sein, so dass sie nicht mit dem organischen Schutzfilm bedeckt werden. Ferner wird eine AI-Verdrahtung 40 über der Oberfläche des thermischen Luftstromsensors ausgebildet. Diese AI-Verdrahtung 40 wird mit dem Führungsrahmen 10 mithilfe eines Verbindungsdrahtes 50, beispielsweise eines Golddrahtes, elektrisch verbunden. Das Halbleitersubstrat 20 wird mit einem Kleber o.ä. am Führungsrahmen 10 fixiert.
Wie in 2 gezeigt, werden das Halbleitersubstrat 20 und der Führungsrahmen 10 mit dem Gießharz 60 abgedichtet. Da der Heizwiderstand 21, der aufstromseitige Widerstandstemperaturdetektor 22 und der abstromseitige Widerstandstemperaturdetektor 23 zur Detektion des Durchsatzes einem zu messenden Medium ausgesetzt sein müssen, wird eine Struktur geschaffen, bei der ein Bereich, der den Durchsatzdetektionsabschnitt 7 aufweist, vom Gießharz 60 teilweise freigehalten (nicht damit bedeckt) ist. Ferner wird der Umfangsrand des organischen Schutzfilmes 30, der den Heizwiderstand 21 umschließt, so außerhalb des Dünnwandabschnittes 25 angeordnet, dass der organische Schutzfilm 30 teilweise freigehalten wird. Selbst wenn bei dieser Konstruktion das Harz zwischen der Oberfläche des thermischen Luftstromsensors und dem Einsatzstempel 83 während des Vergießens herausleckt, wird das Leck durch den organischen Schutzfilm 30 verstopft, so dass das Harz nicht den Dünnwandabschnitt 20 erreicht.
Das Vergießen bei der ersten Ausführungsform wird nunmehr in Verbindung mit den 3 und 4 erläutert. 3 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie das Vergießen bei der ersten Ausführungsform durchgeführt wird.
4 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie das Gießharz bei der ersten Ausführungsform herausfließt.
Wie in 3 gezeigt, wird eine Halbleiterpackung mit einer teilweise freigehaltenen Struktur mit einer unteren Metallform 80, einer oberen Metallform 81 und dem Einsatzstempel 83 ausgebildet, der so vorgesehen ist, dass er in die obere Metallform 81 eingesetzt werden kann. Der thermische Luftstromsensor, der das auf dem Führungsrahmen 10 montierte Halbleitersubstrat 20 aufweist, wird zwischen der unteren Metallform 80 und der oberen Metallform 81 angeordnet. Der Einsatzstempel 83 wird gegen den Dünnwandabschnitt 25 und andere teilweise freizuhaltende Teile gepresst, so dass diese Stellen nicht mit dem Gießharz 60 bedeckt werden. Das Harz wird dann durch eine Einflussöffnung 82 einfließen gelassen, um die Halbleiterpackung mit der teilweise freigehaltenen Struktur zu erzeugen. Die Einflussöffnung 82 kann sich entweder durch die untere Metallform 80 oder durch die obere Metallform 81 erstrecken. Wenn der Pressabschnitt des Einsatzstempels 83 gegen die Substratoberfläche gepresst wird, wird der Bereich, gegen den der Einsatzstempel 83 gepresst wird, mit dem Harz nicht abgedichtet und somit teilweise freigehalten. Da jedoch der Dünnwandabschnitt 25 dünner ist als die anderen Abschnitte, kann dadurch, dass der Einsatzstempel 83 direkt gegen den Dünnwandabschnitt 25 gepresst wird, der Dünnwandabschnitt 25 verformt werden, was zu Durchsatzdetektionsfehlern führt. Daher ist der Einsatzstempel 81 so ausgebildet, dass er auf seinem Pressabschnitt einen konkaven Teil aufweist, so dass der Dünnwandabschnitt 25 in den konkaven Teil eingepasst werden kann. Der auf dem Umfangsrand des konkaven Teiles ausgebildete Pressabschnitt wird gegen die Substratoberfläche gepresst, so dass der Einsatzstempel 83 beim Abdichten mit dem Harz nicht in direkten Kontakt mit dem Dünnwandabschnitt 25 tritt. Hierdurch wird verhindert, dass die Last, mit der der Einsatzstempel 83 gepresst wird, auf den Dünnwandabschnitt 25 einwirkt, so dass eine Verformung des Dünnwandabschnittes verhindert wird, wenn der den Dünnwandabschnitt enthaltende Bereich während der Abdichtung mit dem Harz teilweise freigehalten wird.
Wenn, wie in 4 gezeigt, die Last, mit der der Einsatzstempel 83 gepresst wird, unzureichend ist, kann zwischen der Oberfläche des thermischen Luftstromsensors und dem Einsatzstempel ein Spalt gebildet werden. Wenn das Harz in diesem Zustand ausgegossen wird, kann es durch den Spalt 61 zwischen dem Einsatzstempel 83 und der Oberfläche des thermischen Luftstromsensors nach außen fließen. Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt jedoch eine Konstruktion, bei der der organische Schutzfilm 30 den Heizwiderstand 21 umschließt und in einem Bereich angeordnet ist, der teilweise vom Gießharz 60 freigehalten wird. Bei dieser Konstruktion staut der organische Schutzfilm 30 das Harz 60, das durch den Spalt 61 nach außen lecken kann, auf, so dass das leckende Harz daran gehindert wird, den Dünnwandabschnitt 25 zu erreichen. Selbst wenn die Kraft, mit der der Einsatzstempel 83 gepresst wird, unzureichend ist und selbst wenn ein Produkt hergestellt wird, bei dem das Gießharz 60 zum Halbleitervorrichtungsabschnitt leckt, wird die Performancespezifikation des Produktes erfüllt, solange wie das Leck nicht den Dünnwandabschnitt 25 erreicht, bei dem es sich um den Tastbereich handelt. Somit wird bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zuverlässigkeit des thermischen Luftstromsensors selbst dann sichergestellt, wenn eine unzureichende Last auf den Einsatzstempel 83 zu einem Lecken des Harzes führt.
Es wird nunmehr der Fall betrachtet, bei dem der Einsatzstempel 83 unter Bewegungssteuerung eingepresst wird. Da es Variationen in Bezug auf die Höhe der Oberfläche des Halbleitersubstrates 20 von einem Produkt zum anderen gibt, kann ein Halbleitersubstrat 20 mit einer größeren Höhe als üblich einer größeren Last als üblich ausgesetzt sein. Eine zu große Last kann zu einer Verformung des Sensorelementes führen. Andererseits führt ein Halbleitersubstrat mit einer geringeren Höhe als üblich zu dem Spalt 61 zwischen dem Einsatzstempel 83 und der Oberfläche des thermischen Luftstromsensors, so dass das Harz durch den Spalt 61 lecken kann. Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Zuverlässigkeit des thermischen Luftstromsensors selbst dann sichergestellt, wenn die auf den Einsatzstempel 83 ausgeübte Last unzureichend ist. Das bedeutet, dass bei der Massenproduktion die Grenzwerte bei der Herstellung erhöht werden können, die eine auf den Einsatzstempel 83 ausgeübte geringere Last begünstigen. Hierdurch wird wiederum der Ertrag verbessert.
Da ferner der Dünnwandabschnitt 25 aus einem anorganischen Material besteht und dünn und zerbrechlich geformt ist, um die thermischen Isolationseigenschaften zu verbessern, muss die Festigkeit des Dünnwandabschnittes 25 gegen das Auftreffen von Staub verbessert werden. Insbesondere ist der Umfangsrand des Dünnwandabschnittes 25 in Bezug auf das Auftreffen von Staub verletzlicher als die anderen Abschnitte. Daher ist ein innerer Umfangsrand des organischen Schutzfilmes 30 am Dünnwandabschnitt 25 so angeordnet, wie in 1 gezeigt, so dass der Umfangsrand des Dünnwandabschnittes 25 mit dem organischen Schutzfilm 20 bedeckt ist, der die Schlagwirkung durch das Auftreffen von Staub absorbiert. Mit dieser Konstruktion wird die Festigkeit des Dünnwandabschnittes 25 gegenüber dem Auftreffen des in der Ansaugluft enthaltenen Staubes erhöht. Der thermische Luftstromsensor besitzt daher einen verbesserten Widerstand gegenüber Verunreinigungen und eine höhere Zuverlässigkeit.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit den 5 bis 9 erläutert. Die gleichen Merkmale wie bei der ersten Ausführungsform werden nicht weiter diskutiert.
Die Ansichten des Sensorelementes, das die zweite Ausführungsform dieser Erfindung bildet, werden nachfolgend in Verbindung mit den 5 und 6 erläutert. 5 zeigt mehrere Ansichten des Sensorelementes der zweiten Ausführungsform, das noch vergossen werden soll, während 6 mehrere Ansichten des vergossenen Sensorelementes als zweite Ausführungsform zeigt.
Wie in 5 gezeigt, besitzt der organische Schutzfilm 30, der über dem Halbleitersubstrat 20 vorgesehen ist, einen freigehaltenen Abschnitt, um den Dünnwandabschnitt 25 teilweise freizuhalten, so dass das Heizelement 21, der aufstromseitige Widerstandstemperaturdetektor 22 und der abstromseitige Widerstandstemperaturdetektor 23 dem zu messenden Medium ausgesetzt sind. Ferner besitzt der organische Schutzfilm 30 einen Schlitz 35, der so ausgebildet ist, dass er den Dünnwandabschnitt 25 umschließt. Der Schlitz 35 umschließt den Dünnwandabschnitt 25 nahtlos, so dass selbst dann, wenn das Harz während des Vergießens leckt, der Schlitz 35 das Harz 60 auffängt und es daran hindert, zum Dünnwandabschnitt 25 zu fließen. Der organische Schutzfilm 30 ist vorgesehen, um den Rand des Dünnwandabschnittes 25 zu schützen, wodurch die Festigkeit des Dünnwandabschnittes 25 gegenüber dem Auftreffen des in der Ansaugluft befindlichen Staubes erhöht wird. Der Schlitz 35 hält das Halbleitersubstrat 20 vom organischen Schutzfilm 30 teilweise frei, so dass ein Versatz zwischen der freiliegenden Oberfläche des Halbleitersubstrates 20 und dem organischen Schutzfilm 30 gebildet wird. Vorzugsweise sollte eine Konstruktion vorgesehen sein, bei der die AI-Verdrahtung 40 mit dem organischen Schutzfilm 30 bedeckt ist, um einen Schutz gegenüber korrodierenden Komponenten, wie Wasser, zu bilden.
Wie in 6 gezeigt, werden das Halbleitersubstrat 20 und der Führungsrahmen 10 mit dem Gießharz 60 so abgedichtet, dass der gesamte innere Umfangsrand und der äußere Umfangsrand des Schlitzes 35 vom Gießharz 60 teilweise freigehalten werden. Wenn der gesamte innere Umfangsrand des Schlitzes 35 in einem Bereich angeordnet ist, der vom Gießharz teilweise freigehalten wird, fängt der Schlitz 35 das Gießharz 60 ein, selbst wenn dieses durch den Spalt 61 leckt, wie in 8 gezeigt, und hindert es daran, den Dünnwandabschnitt 25 zu erreichen.
Das Vergießen bei der zweiten Ausführungsform wird nachfolgend in Verbindung mit den 7 und 8 erläutert. 7 ist eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Vergießen bei der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird. 8 ist eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Gießharz bei der zweiten Ausführungsform ausfließt.
Wenn, wie in 7 gezeigt, die Halbleiterpackung einer teilweise freigehaltenen Struktur der zweiten Ausführungsform hergestellt wird, wird der Pressabschnitt des Einsatzstempels 83 gegen den organischen Schutzfilm 30 gepresst. Da der organische Schutzfilm 30 als Puffermaterial wirkt, das die auf den Dünnwandabschnitt 25 übertragenen Spannungen absorbiert, wird einer Verformung des Dünnwandabschnittes 25 während des Vergießens entgegengewirkt. Somit werden bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Detektionsfehler, die auf eine Verformung des Dünnwandabschnittes 25 zurückzuführen sind, vermieden, und die Zuverlässigkeit des thermischen Luftstromsensors wird verbessert.
Weitere Vorteile durch Anordnung des Schlitzes 35 im organischen Schutzfilm 30 werden nachfolgend in Verbindung mit der 9 erläutert.
Bei einer Konstruktion, bei der das Gießharz 60 auf den thermischen Luftstromsensor mit dazwischen angeordnetem organischen Schutzfilm 30 aufgebracht wird, wird der organische Schutzfilm 30 aufgrund einer Harzkontraktion nach dem Vergießen Beanspruchungen ausgesetzt. Wenn der organische Schutzfilm 30 so geformt ist, dass er mit dem Rand des Dünnwandabschnittes zusammenwirkt, können die durch die Harzkontraktion des Gießharzes 60 verursachten Spannungen den Rand des Dünnwandabschnittes 25 erreichen und die Durchsatzeigenschaften nachteilig beeinflussen. Bei der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung wird jedoch der Schlitzabschnitt 35 so ausgebildet, dass er einen organischen Schutzfilm 31 gegenüber einem über dem Rand des Dünnwandabschnittes ausgebildeten organischen Schutzfilm 32 isoliert, wobei der organische Schutzfilm 31 in einem Bereich angeordnet wird, in dem das Gießharz 60 mit dem thermischen Luftstromsensor in Kontakt steht. Mit dieser Konstruktion erreichen die Spannungen aufgrund des organischen Schutzfilmes 31 nicht den über dem Rand des Dünnwandabschnittes ausgebildeten organischen Schutzfilm 32. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die spannungsinduzierten Auswirkungen auf die Durchsatzeigenschaften reduziert werden.
In Verbindung mit den 10 bis 12 wird nunmehr eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die gleichen Merkmale wie bei der zweiten Ausführungsform werden hierbei nicht weiter diskutiert.
Wie in den 10 und 11 gezeigt, wird während des Vergießens ein organischer Schutzfilm 33 auf der inneren Umfangsseite des Schlitzes in einer Weise positioniert, dass er teilweise vom Gießharz 60 freigehalten wird, und wird ein organischer Schutzfilm 34 auf der äußeren Umfangsseite des Schlitzes mit dem Gießharz 60 abgedeckt. Dadurch, dass der organische Schutzfilm 33 auf der inneren Umfangsseite des Schlitzes in einem Bereich angeordnet wird, der teilweise vom Gießharz 60 freigehalten wird, wird das Gießharz 60 durch den Schutzfilm 33 gestaut, selbst wenn es durch den Spalt 61 nach außen fließt, wie in 12 gezeigt, und dadurch daran gehindert, den Dünnwandabschnitt 25 zu erreichen.
Während der organische Schutzfilm 30 die AI-Verdrahtung 40 gegenüber korrodierenden Komponenten, wie Wasser, schützt, besteht die Gefahr, dass der organische Schutzfilm 30 selbst Wasser absorbieren und dieses auf die AI-Verdrahtung 40 übertragen kann. Bei der Konstruktion gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung tritt jedoch der organische Schutzfilm 34, der die AI-Verdrahtung 40 im Gießharz 60 abdeckt, nicht in direkten Kontakt mit Luft. Diese Konstruktion verhindert somit eine Korrosion der AI-Verdrahtung. Des Weiteren ist der organische Schutzfilm 34 in der Lage, korrodierende Komponenten, wie Wasser, die durch die Schnittstelle zwischen dem Halbleitersubstrat 20 und dem Gießharz 60 dringen, aufzustauen und auf diese Weise die Infiltration von korrodierenden Komponenten einschließlich Wasser in die AI-Verdrahtung 40 zu verringern. Somit wird bei der Konstruktion gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung eine mögliche Korrosion der AI-Verdrahtung 40 weiter reduziert und somit die Zuverlässigkeit verbessert.
Darüber hinaus ist wie bei der zweiten Ausführungsform der Schutzfilm, der zwischen dem Gießharz und dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, unabhängig von dem Schutzfilm, der über dem Dünnwandabschnitt ausgebildet ist. Diese Konstruktion trägt dazu bei, die spannungsinduzierten Auswirkungen auf den Dünnwandabschnitt zu verringern.
In Verbindung mit 13 wird nunmehr eine vierte Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben.
Während jeder der Schlitze der ersten Ausführungsform mit Abstand über dem gesamten Umfang angeordnet ist, wird der Effekt der Verhinderung einer Leckage des Gießharzes selbst dann erreicht, wenn der Schlitz auf einer Seite allein oder nur in einer Richtung ausgebildet ist.
Wenn vorher bekannt ist, dass der Einsatzstempel dazu neigt, in einen ungleichmäßigen Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 20 zu treten, kann die Richtung, in der ein Spalt aller Wahrscheinlichkeit nach auftrete kann, identifiziert werden. Wenn der Schlitz in dieser Richtung ausgebildet wird, verhindert er, dass leckendes Gießharz 60 den Dünnwandabschnitt 25 erreicht, so dass der Ertrag auf signifikante Weise verbessert werden kann.
Das Gleiche trifft auf die vorstehend erwähnten spannungsinduzierten Effekte zu. Wenn durch Auswertung von tatsächlichen Produkten und/oder durch Analyse erwartet wird, dass die vom Harz ausgeübten Spannungen in einer speziellen Richtung auftreten, kann der Schlitz in dieser Richtung ausgebildet werden, um die Zuverlässigkeit des Dünnwandabschnittes auf wirksame Weise zu verbessern.
In Verbindung mit 14 wird nunmehr eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Während der Schlitz der zweiten Ausführungsform so geformt ist, dass er einen nestartigen Umfang mit dazwischen angeordnetem Hohlraum bildet, sorgen auch versetzte Mehrfachschlitze, die in der in 14 gezeigten Art und Weise ausgebildet sind, für den Effekt, dass das vorstehend erwähnte Lecken des Gießharzes verhindert wird.
Ein Ziel bei der Ausbildung von mehrfach versetzten Schlitzen besteht darin, einen über dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Widerstand 37 gegenüber dem Auftreffen von Staub zu schützen. Wenn es gewünscht wird, wie im Fall des Dünnwandabschnittes 25, einen über dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Temperatursensor 37 freizuhalten, um für ein besseres thermisches Ansprechverhalten zu sorgen, muss der Schutzfilm 31 innerhalb des bei der zweiten Ausführungsform ausgebildeten Schlitzes ausgebildet sein. In diesem Fall werden versetzte Mehrfachschlitze ausgebildet, um eine Leckage des Gießharzes 60 zu verhindern. Bei einer derartigen Konstruktion verhindern die mehrfach versetzten Schlitze auch eine Leckage des Gießharzes 60.
Bei der ersten bis fünften Ausführungsform sollte der organische Schutzfilm 30 vorzugsweise aus Polyimid hergestellt werden. Wenn der Dünnwandabschnitt 25 hohen Temperaturen ausgesetzt wird, da der Heizwiderstand 21 erhitzt wird, um den Durchsatz der Ansaugluft zu messen, besitzt Polyimid eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme, wodurch ein wärmeinduzierter Abbau des Materiales minimiert wird. Dies macht es möglich, die Widerstandsfähigkeit eines Messelementes 1 gegen den Aufprall von festen Partikeln über eine verlängerte Zeitdauer zu verbessern.
Selbst wenn ein Produkt hergestellt wird, bei dem das Gießharz 60 zum Abschnitt der Halbleitervorrichtung hin ausgetreten ist, werden die Performancespezifikationen des Produktes erfüllt, solange wie das leckende Harz nicht den Dünnwandabschnitt 25, d.h. den Tastbereich, erreicht. Wenn eine Konstruktion zur Verfügung gestellt wird, bei der es unwahrscheinlich ist, dass das leckende Harz den Dünnwandabschnitt 25 erreicht, kann eine Verschlechterung der Ausbeute verhindert werden.
Wenn der organische Schutzfilm 30 aus Polyimid hergestellt wird, kann ein thermischer Luftstromsensor zur Verfügung gestellt werden, der eine verbesserte Widerstandsfähigkeit des Isolationsfilmes über dem Dünnwandabschnitt in Bezug auf Staub besitzt, wobei trotzdem eine Verringerung der Ausbeute ohne Kostenerhöhung verhindert wird, und zwar selbst bei einer Halbleitervorrichtung, die mit einem Harz abgedichtet ist, das teilweise ausgespart ist.
Bezugszeichenliste

1: Ansaugluft
2: Halbleiterpackung
3: Gehäuse
4: Flansch
5: Ansaugrohr
6: Hilfskanal
7: Durchsatzdetektionsabschnitt
8: Anschlussklemme
10: Führungsrahmen (Substratträgerelement)
20: Halbleitersubstrat
21: Heizwiderstand
22: aufstromseitiger Widerstandstemperaturdetektor
23: abstromseitiger Widerstandstemperaturdetektor
25: Dünnwandabschnitt
30: organischer Schutzfilm
31: organischer Schutzfilm
33: organischer Schutzfilm auf der inneren Umfangsseite des Schlitzes
34: organischer Schutzfilm auf der äußeren Umfangsseite des Schlitzes
35: Schlitz
36: Schlitz
37: über dem Halbleitersubstrat ausgebildeter Widerstand
38: über dem Halbleitersubstrat ausgebildeter Temperatursensor
40: AI-Verdrahtung
50: Verbindungsdraht
60: Gießharz
61: Grenze zwischen dem Gießharz und dem thermischen Durchflusssensor
80: untere Metallform
81: obere Metallform
82: Harzgießloch
83: Einsatzstempel

Claims

Thermischer Luftstromsensor mit einem Halbleitersubstrat (20) mit einem Dünnwandabschnitt (25), einem über dem Dünnwandabschnitt (25) vorgesehenen Heizwiderstand (21) und Widerstandstemperaturdetektoren (22, 23), die aufstromseitig und abstromseitig vom Heizwiderstand (21) installiert sind; einem Schutzfilm (30, 33), der über dem Halbleitersubstrat (20) vorgesehen ist; und einem Harz (60), das das Halbleitersubstrat (20) abdichtet und des Weiteren einen Freihaltungsabschnitt zum teilweisen Freihalten eines den Dünnwandabschnitt (25) aufweisenden Bereiches aufweist, wobei der Schutzfilm (30, 33) so vorgesehen ist, dass er den Heizwiderstand (21) nahtlos umgibt, und der Schutzfilm (30, 33) einen äußeren Umfangsrand aufweist, der außerhalb des Dünnwandabschnittes (25) und in dem Freihaltungsabschnitt angeordnet ist, der Schutzfilm (30, 33) aus einem organischen Material besteht und einen inneren Umfangsrand aufweist, der über dem Dünnwandabschnitt (25) angeordnet ist, der thermische Luftstromsensor des Weiteren einen zweiten Schutzfilm (30, 34) aufweist, der über dem Halbleitersubstrat (20) und außerhalb des Schutzfilmes (30, 33) vorgesehen ist, und der zweite Schutzfilm (30, 34) so vorgesehen ist, dass er den Schutzfilm (30, 33) umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schutzfilm (30, 34) in einem Bereich vorgesehen ist, der mit dem Harz (60) bedeckt ist.
Thermischer Luftstromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schutzfilm (30, 34) einen inneren Umfangsrand aufweist, der im Freihaltungsabschnitt angeordnet ist, sowie einen äußeren Umfangsrand, der in dem Bereich angeordnet ist, der mit dem Harz (60) bedeckt ist.
Thermischer Luftstromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schutzfilm (30, 34) aus dem gleichen Material besteht wie der Schutzfilm (30, 33).
Thermischer Luftstromsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Material Polyimid ist.
Thermischer Luftstromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er des Weiteren einen dritten Schutzfilm (30a) aufweist, der so vorgesehen ist, dass er den Schutzfilm (30, 33) umschließt, wobei der zweite Schutzfilm (30, 34) so vorgesehen ist, dass er den dritten Schutzfilm (30a) umschließt.
Thermischer Luftstromsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schutzfilm (30a) in dem Freihaltungsabschnitt vorgesehen ist.
Thermischer Luftstromsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schutzfilm (30a) einen inneren Umfangsrand aufweist, der in dem Freihaltungsabschnitt angeordnet ist, und einen äußeren Umfangsrand, der in dem Bereich angeordnet ist, der mit dem Harz (60) bedeckt ist.
Thermischer Luftstromsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzfilm (30, 33), der zweite Schutzfilm (30, 34) und der dritte Schutzfilm (30a) aus dem gleichen Material bestehen.
Thermischer Luftstromsensor mit einem Halbleitersubstrat (20) mit einem Dünnwandabschnitt (25), einem über dem Dünnwandabschnitt (25) vorgesehenen Heizwiderstand (21) und Widerstandstemperaturdetektoren (22, 23), die aufstromseitig und abstromseitig des Heizwiderstandes (21) installiert sind; einem Schutzfilm (30, 33) der über dem Halbleitersubstrat (20) so angeordnet ist, dass er den Dünnwandabschnitt (25) teilweise freigibt; und einem Harz (60), das das Halbleitersubstrat (20) abdichtet und des Weiteren einen Freihaltungsabschnitt zum teilweisen Freihalten eines den Dünnwandabschnitt (25) aufweisenden Bereiches umfasst, wobei der Schutzfilm (30, 33) einen im Freihaitungsabschnitt angeordneten Schlitz (35) aufweist, der Schutzfilm (30, 33) aus einem organischen Material besteht, und der Schlitz (35) so vorgesehen ist, dass er den Dünnwandabschnitt (25) nahtlos umschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (35) einen äußeren Umfangsrand aufweist, der in dem mit dem Harz (60) bedeckten Bereich angeordnet ist, und einen inneren Umfangsrand, der im Freihaltungsabschnitt angeordnet ist.
Thermischer Luftstromsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (35) im Freihaltungsabschnitt angeordnet ist.
Chippackungsherstellverfahren unter Verwendung einer Metallform (80, 81) und eines Einsatzstempels (83) mit einer Pressfläche, die einen Pressabschnitt und einen konkaven Abschnitt aufweist, umfassend die folgenden Schritte: einen ersten Schritt zum Anordnen eines Halbleitersubstrates (20) in der Metallform (80, 81), wobei das Halbleitersubstrat (20) einen Dünnwandabschnitt (25), über dem ein Heizwiderstand (21) ausgebildet ist, einen Schutzfilm (30, 33), der den Heizwiderstand (21) umschließt, eine Treiberschaltung und eine Basis zum Lagern des Halbleitersubstrates (20) und der Treiberschaltung umfasst; einen zweiten Schritt zum Pressen des Pressabschnittes des Einsatzstempels (83) gegen eine Außenfläche des Schutzfilmes (30, 33); und einen dritten Schritt zum Injizieren eines Harzes (60) in die Metallform (80, 81); dadurch gekennzeichnet, dass ein Freihaltungsabschnitt gebildet wird, der allseitig vom Harz umgeben ist, und ein äußerer Umfangsrand des Schutzfilms (30, 33) vollständig in dem Freihaltungsabschnitt angeordnet ist.
Chippackungsherstellverfahren unter Verwendung einer Metallform (80, 81) und eines Einsatzstempels (83) mit einer Pressfläche, die einen Pressabschnitt und einen konkaven Abschnitt aufweist, umfassend die folgenden Schritte: einen ersten Schritt zum Anordnen eines Halbleitersubstrates (20) in der Metallform (80, 81), wobei das Halbleitersubstrat (20) einen Dünnwandabschnitt (25), einen Schutzfilm (30, 33), der so mit einem Schlitz (35) versehen ist, dass dieser den Dünnwandabschnitt (25) umschließt, eine Treiberschaltung und eine Basis zum Lagern des Halbleitersubstrates (20) und der Treiberschaltung aufweist; einen zweiten Schritt zum Pressen des Pressabschnittes des Einsatzstempels (83) gegen einen Bereich des Schlitzes (35); und einen dritten Schritt zum Injizieren eines Harzes (60) in die Metallform (80, 81); dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (35) einen äußeren Umfangsrand des Schutzfilms (30,33) aufweist, der vollständig in einem allseitig von Harz (60) umgebenen Freihaitungsabschnitt angeordnet ist.