DE19626081A1 - Halbleiter-Bauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter-Bauelement, be­ stehend aus einem eine annähernd ebene Chipträgerfläche auf­ weisenden Chipträger, der insbesondere aus elektrisch isolie­ rendem Material besteht, auf welcher Chipträgerfläche ein Halbleiterchip mit einem Drucksensor befestigt ist, und den Chipträger durchsetzenden und elektrisch mit dem Halbleiter­ chip verbundenen Elektrodenanschüssen mit einer oberflächen­ montierbaren Anordnung.

Zur Messung von Drücken muß das zu messende Medium an den Sensor herangeführt bzw. der in dem Medium herrschende Druck an den Sensor übertragen werden. Zu diesem Zweck ist der Drucksensor in einem einseitig offenen Bauelementgehäuse an­ geordnet, so daß die sensitive Chipfläche des Drucksensors unmittelbar mit dem zu messenden Medium in Berührung gelangen kann. Bei dieser Anordnung besteht der Nachteil, daß während des Montageprozesses des einseitig offenen Halbleiter-Bauele­ mentes die zum Einsatz gelangenden Chemikalien an die emp­ findliche Chipoberfläche des Drucksensors gelangen können, mit der Folge, daß die Gefahr einer Korrosion am Bauteil be­ schleunigt wird oder das Bauteil vollständig zerstört werden kann. Besonders kritisch sind hierbei Prozesse unter Einsatz von Chemikalien, die eine Verseuchung des Bauteiles mit ag­ gressiven Ionen zur Folge haben können, beispielsweise soge­ nannte Deflashprozesse oder auch Galvanikprozesse unmittelbar nach der Befestigung des Drucksensorchips auf dem Chipträger. Bei einem Deflashprozeß werden in der Regel vermittels Ein­ satzes eines Hochdruckwasserstrahles die nach dem Kunststoff­ gießen des Chipträgers stehengebliebenen Gußmassenreste bzw. Grate entfernt. Bei dem daran anschließend durchzuführenden Galvanikprozeß werden die aus dem Gehäuse ragenden Elektro­ denanschlüsse vermittels Bleiverzinnen mit einer lötbaren Überzugsschicht versehen, um eine gute Befestigung des Halb­ leiter-Bauelementes auf der Bestückungsoberfläche einer bei­ terplatte zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiter-Bau­ element mit einem eine sensitive Chipfläche aufweisenden Halbleiter-Drucksensor insbesondere für eine Montage auf der Bestückungsoberfläche einer Leiterplatte zur Verfügung zu stellen, wobei das Halbleiter-Bauelement vorzugsweise ein einseitig offenes Gehäuse mit einem Chipträger aufweist, wel­ ches Halbleiter-Bauelement derart ausgebildet ist, daß eine Zerstörung der empfindlichen Chipfläche des Drucksensors bei Prozessen, bei denen schädliche Chemikalien zum Einsatz ge­ langen, vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiter-Bauelement nach An­ spruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Chipträger vermittels einer den Drucksensor übergreifenden Schutzkappe zeitweise verschließbar ist.

Die Erfindung schlägt vor, den einseitig offenen Chipträger vermittels einer Schutzkappe während der Durchführung der kritischen Montageprozesse zu verschließen. Die Schutzkappe kann gleichzeitig auch als Transportschutz verwendet werden, wobei eine Entfernung der Schutzkappe erst nach der Montage des Halbleiter-Bauelementes oder vor dem Einsatz des Bauele­ mentes als Drucksensor geöffnet bzw. entfernt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann vorgese­ hen sein, daß die Schutzkappe vom Chipträger abnehmbar ausge­ bildet ist. Darüber hinaus kann des weiteren vorgesehen sein, daß die Schutzkappe eine vermittels einer selbstklebenden Fo­ lie oder eines Stopfens verschließbare Öffnung besitzt.

Vorzugsweise ist die Schutzkappe als eigenständig gestaltetes Bauteil, insbesondere aus Kunststoffmaterial, gefertigt und kann zur Abdeckung des Drucksensors mehrmals verwendet wer­ den.

Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann vorge­ sehen sein, daß die Schutzkappe ein Haltemittel für eine formschlüssig mechanische Verbindung mit einem Stützmittel des Chipträgers aufweist, derart, daß beim Aufsetzen der Schutzkappe auf den Chipträger das Haltemittel und das Stütz­ mittel wechselweise miteinander in Eingriff gelangen. Von Vorteil ist der Chipträger derart ausgebildet, daß das Stütz­ mittel des Chipträgers an seinem Außenumfang eine umlaufende und das Haltemittel der Schutzkappe abstützende Widerlager fläche besitzt. Im Sinne einer selbsttätig durchzuführenden Festlegung von Chipträger und Schutzkappe kann hierbei des weiteren vorgesehen sein, daß das Haltemittel der Schutzkappe mit einer federnden Auskragung versehen ist, die mit einer in dem Stützmittel des Chipträgers vorgesehenen Raste zur selbsttätigen Festlegung der Schutzkappe und des Chipträgers in einer Montagelage zugeordnet ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Chipträger und die Schutzkappe aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches gegen­ über den bei der Montage des Bauelementes zum Einsatz kommen­ den Chemikalien resistent ist.

Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, daß die Schutzkappe nach Ingebrauchnahme des Halblei­ ter-Bauelementes durch ein Anschlußstück für die variable Kopplung einer das zu messende Medium enthaltenden Zuführung ersetzt wird. Hierdurch gelingt es von Vorteil, ein flexibles Montagekonzept zur Verfügung zu stellen, mit welchem an sich beliebige Formen von Schlauch- oder Steckanschlüssen für die Verbindung an den Drucksensor angeboten werden können, womit ein breites Spektrum an Kundenwünschen erfüllbar ist. Durch eine einfache und kostengünstig zu fertigende Steckerankopp­ lung des die Schutzkappe ersetzenden Anschlußstückes kann ei­ ne Heranführung des zu messenden Mediums an den Sensor bzw. Übertragung des in dem Medium herrschenden Druckes an den Sensor gewährleistet werden, wobei durch die formschlüssig mechanische, spielfreie Verbindung zwischen dem zu messenden Medium und dem Sensor der Einschluß von Fremdluft ausge­ schlossen und daher eine fehlerfreie Druckmessung durchge­ führt werden kann.

In besonders bevorzugter Weise betrifft die Erfindung ein Halbleiter-Bauelement für eine Oberflächenmontage auf der Be­ stückungsoberfläche einer Leiterplatte. Bei dieser Montage­ form werden die Bauelementanschlüsse nicht mehr in Löcher der Leiterplatte wie bei der Einsteckmontage hineingesteckt, son­ dern auf Anschlußflecken auf der Leiterplatte aufgesetzt und dort verlötet. Bauelemente für die Oberflächenmontage können kleiner sein als für die Einsteckmontage, da nicht mehr Loch- und Lötaugendurchmesser der Leiterplatte das Rastermaß der Anschlüsse bestimmen. Weiterhin entfallen auf der Leiterplat­ te die nur zur Bestückung notwendigen Löcher, wobei die le­ diglich noch zur Durchkontaktierung benötigten Löcher so klein wie technologisch möglich ausgeführt werden können. Da dazu noch eine doppelseitige Bestückung der Leiterplatte mög­ lich ist, kann durch die Oberflächenmontage eine beträchtli­ che Platzeinsparung und erhebliche Kostensenkung erzielt wer­ den. Eine besonders geringe Bauhöhe des Halbleiter-Bauele­ mentes ergibt sich hierbei, wenn die den Chipträger durchset­ zenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip verbundenen Elektrodenanschlüsse in der Form von nach wenigstens zwei Seiten des Chipträgers herausgeführten Anschlußbeinchen aus­ gebildet sind, die zu kurzen schwingenförmigen Anschlußstum­ meln gebogen und geschnitten sind.

Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Halbleiter-Bauele­ mentes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung; und

Fig. 2 eine schematische Gesamtansicht des Chipträgers eines Halbleiter-Bauelementes nach dem Ausführungsbeispiel.

Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen Halbleiter-Bauelementes 1 für eine Oberflächenmontage auf der Bestückungsoberfläche 2 einer Leiterplatte 3. Das Halbleiter-Bauelement 1 besitzt einen eine annähernd ebene Chipträgerfläche 4 aufweisenden Chipträger 5 aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial, auf welcher Chipträgerfläche 4 ein Halbleiterchip 6 mit einem integriert ausgebildeten Drucksensor und diesem zugeordnete elektronischen Schaltung befestigt ist, wobei der Drucksensor und die Schaltung in den Figuren nicht näher dargestellt sind, und den Chipträger 5 durchsetzenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip 6 ver­ bundenen Elektrodenanschlüssen 7, deren Enden 8 auf (nicht näher dargestellten) Anschlußflecken auf der Bestückungsober­ fläche 2 der Leiterplatte 3 aufgesetzt und dort verlötet wer­ den. Der insbesondere einstückig, vermittels eines an sich bekannten Kunststoffgießverfahrens hergestellte Chipträger 5 umfaßt ein gegenüber der Bestückungsoberfläche 2 abgehobenes Unterteil 9, auf dem der Halbleiterchip 6 abgestützt ist, so­ wie zu den Seiten des Unterteiles 9 angeordnete Seitenteile 10, 10a und 11, 11a, welche die seitlich abschließenden Ge­ häusewandungen des Drucksensorgehäuses bilden. Der Chipträger 5 ist nach der in Fig. 1 im wesentlichen maßstabsgerecht dargestellten Weise derart ausgebildet, daß die der Bestüc­ kungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 zugewandten äußeren Be­ grenzungsflächen 12, 13 des Chipträgers 5 einen von den unte­ ren Randbereichen 14, 15 zum Mittenbereich 16 des Chipträgers 5 stetig zunehmenden Abstand zur Bestückungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 aufweisen. Insbesondere besitzen die äußeren Begrenzungsflächen 12, 13 des Chipträgers 5 im Querschnitt gesehen einen im wesentlichen umgekehrten V-förmigen Verlauf, bzw. dachförmig gestalteten Verlauf, derart, daß die Spitze des umgekehrten V mittig angeordnet ist, wobei der größte Ab­ stand an dieser Stelle zur Leiterplatte eine Wert von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm besitzt. Weiterhin ist vorgesehen, daß die den Chipträger 5 durchsetzenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip 6 verbundenen Elektrodenanschlüsse 7 in der Form von nach wenigstens zwei Seiten des Chipträgers 5 her­ ausgeführten Anschlußbeinchen ausgebildet sind, die zu kurzen schwingenförmigen Anschlußstummeln 17 gebogen und geschnitten sind. Eine solche Anordnung gewährleistet eine geringste Bau­ höhe des Sensorbauelementes. Weiterhin sind die Biegungen 18 der Anschlußbeinchen vollständig innerhalb der Seitenteile 19, 11 des Chipträgers 5 aufgenommen, was den Vorteil be­ sitzt, daß das Gehäuse in seinen Abmessungen nochmals ver­ kleinert, die Größe des Leadframe verkleinert ist, und im üb­ rigen die Kriechwege für korrosive Medien erheblich verlän­ gert und somit eine Durchsetzung mit Chemikalien reduziert wird. Darüber hinaus ermöglicht eine solche Anordnung eine mechanische Verankerung des Leadframe bzw. der Elektrodenan­ schlüsse 7 innerhalb des Gehäuses des Bauteiles und damit ei­ ne zusätzliche Erhöhung der mechanischen Stabilität insge­ samt. Weiterhin besitzen die aus den Seitenteilen 10, 11 des Chipträgers 5 ragenden Enden 8 der Anschlußbeinchen gegenüber der Bestückungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 eine geringfü­ gige Neigung dergestalt, daß die der Bestückungsoberfläche 2 zugewandte äußerste Kante 19 des Endes 8 der Anschlußbeinchen einen Abstand von etwa 0,1 mm zu der strichliert dargestell­ ten Hilfsebene 20 besitzt. Durch diese Anordnung wird gewähr­ leistet, daß ein Kontakt des Bauelementes mit der Bestüc­ kungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 nur durch die äußersten Enden 8 der Anschlußbeinchen gegeben ist, was zusammen mit der dargestellten, günstigen Gehäuseanordnung, bei dem der Unterteil von der Leiterplatte abgehoben ausgebildet ist und das Gehäuse wie dargestellt in Dachform ausgebildet ist, den möglichen Durchbiegungen der Leiterplatte 3 Rechnung getragen wird, und darüber hinaus Probleme bei der Bestückung des Bau­ elementes auf der Leiterplatte 3, sowie beim späteren Einsatz der Leiterplatte 3 vermieden werden. In vorteilhafter Weise kann hierbei ein bislang bei der Bestückung erforderliches Einstellen vermittels sogenannter Trim- und Formwerkzeugen entfallen, und gleichzeitig den vorgegebenen Anforderungen an den einzuhaltenden Bodenabstand Rechnung getragen werden. Die Bestückung ist günstiger durchzuführen, da eine gute Adhäsion des Bestückklebers gewährleistet ist, und darüber hinaus wer­ den mögliche Toleranzen der Leiterplatte 3 im Hinblick auf Durchbiegungen ausgeglichen, und es wird Verspannungen ther­ mischer und/oder mechanischer Art entgegengewirkt, da ein Kontakt mit der Leiterplatte 3 nur durch die Anschlußbeinchen gegeben ist.

Für die elektrische Verbindung des auf dem Halbleiterchip 6 integriert ausgebildeten Drucksensors bzw. der diesem zuge­ ordneten elektronischen Schaltung mit den Elektrodenanschlüs­ sen 7 kann wie dargestellt ein Drahtkontaktierverfahren zum Einsatz gelangen, bei dem Bonddrähte 21 auf metallischen Chipanschlußstellen 21a auf dem Chip befestigt und an das entsprechend zu verbindende Elektrodenbeinchen gezogen wer­ den. Darüber hinaus kann für diese elektrische Verbindung auch eine sogenannte Spider-Kontaktierung Verwendung finden, bei der anstelle von Bonddrähten eine elektrisch leitende Sy­ stemträgerplatte bzw. ein sogenanntes Leadframe zum Einsatz gelangt.

Der auf dem Halbleiterchip 6 aus Silizium integrierte Druck­ sensor stellt einen sogenannten piezoresistiven Sensor dar, bei dem eine in der Oberfläche des Chips 6 nach Methoden der Mikromechanik gefertigte dünne Silizium-Membran vorgesehen ist, die elektrisch mit druckabhängigen Widerständen gekop­ pelt ist, welche gleichfalls im Silizium-Substrat ausgebildet sind und in an sich bekannter Weise in einer Brückenschaltung geschaltet sind. Gleichfalls im Halbleiterchip 6 integriert ist eine dem Sensor zugeordnete Schaltung, die der Signalauf­ bereitung (Verstärkung und Korrektur), aber auch einem Ab­ gleich und Kompensation des Sensors dient. Gegenüber sonsti­ gen Bauformen eignen sich solche, der Erfindung zugrunde lie­ genden Halbleiter-Drucksensoren vornehmlich für solche Anwen­ dungen, bei denen es auf eine geringste Baugröße ankommt, al­ so beispielsweise bei Druckmessungen im Kraftfahrzeugbereich, beispielsweise bei der Messung von Bremsdrücken, Reifendrüc­ ken, Brennraumdrücken und dergleichen. Neben Halbleiter-Druck­ sensoren, die nach dem Prinzip der piezoresistiven Druckmessung arbeiten, sind darüber hinaus auch solche ver­ wendbar, die mit kapazitiven Meßprinzipien arbeiten.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Chipträger 5 an seiner der Bestückungsoberfläche 2 der Lei­ terplatte 3 abgewandten Seite 22 einseitig offen ausgebildet, und besitzt an den die Öffnung 23 begrenzenden oberen Randbe­ reichen 24, 25 ein Stützmittel 26 für eine formschlüssig me­ chanische, spielfreie Verbindung mit einem Haltemittel 27 ei­ ner auf den Chipträger 5 aufsetzbaren Schutzkappe 28 derart, daß beim Aufsetzen der Schutzkappe 28 auf den Chipträger 5 das Haltemittel 27 und das Stützmittel 26 wechselweise in Eingriff gelangen. Zu diesem Zweck besitzt das Stützmittel 26 des Chipträgers 5 an seinem Außenumfang eine umlaufende und das Haltemittel 27 der Schutzkappe 28 abstützende Widerlager­ fläche 29. Diese kann wie dargestellt in der Form einer am Randbereich des Chipträgers 5 umlaufend ausgebildeten Nut 30 ausgebildet sein, in welche eine am Außenumfang der Schutz­ kappe 28 geformte Feder 31 wenigstens teilweise eingreift.

Die Schutzkappe 28 besitzt eine Öffnung 34, welche vermittels einer Klebefolie 37 zeitweise verschließbar ist.

Der Chipträger 5 ist mit einem den Halbleiterchip 6 vollstän­ dig überdeckenden, fließfähigen Füllmittel 32 befüllt, wel­ ches insbesondere ein Gel darstellt, welches Drücke nahezu verzögerungsfrei sowie fehlerfrei auf den Halbleiterdrucksen­ sor überträgt. Das Gel dient zum einen dazu, den empfindli­ chen Drucksensorchip 6 und die weiteren, insbesondere metal­ lischen Bestandteile des Halbleiter-Bauelementes, insbesonde­ re die Bonddrähte 21, die Anschlußbeinchen 7 bzw. das Lead­ frame vor Berührungen mit dem zu messenden Medium 33 zu schützen, und auf diese Weise eine Kontamination des Bautei­ les durch Ionen oder andere schädliche Bestandteile des Medi­ ums 33, oder die Gefahr einer Korrosion aufgrund des Mediums 33 zu verhindern.

Die Seitenwandungen 24, 25 des einseitig offenen Chipträgers 5 sind des weiteren mit einer auf der Innenseite durchgehend angeordneten Flußstopkante 36 ausgestattet, wobei die Innen­ seite des Chipträgers 5 lediglich bis zur Höhe der Flußstop­ kante 36 mit dem Gel 32 aufgefüllt ist. Diese Flußstopkante 36 ermöglicht einen definierten Stop der Kapillarkräfte des adhäsiven Gels 32 und verhindert somit aufgrund von Kapillar­ kräften ein unerwünschtes Hochsteigen des Gels 32 über die Gehäuseränder hinaus.

Claims (8)

1. Halbleiter-Bauelement, ,bestehend aus einem eine annähernd ebene Chipträgerfläche (4) aufweisenden Chipträger (5), auf welcher Chipträgerfläche (4) ein Halbleiterchip (6) mit einem Drucksensor befestigt ist, und den Chipträger (5) durchset­ zenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip (6) verbundenen Elektrodenanschüssen (7) mit einer oberflächenmontierbaren Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipträger (5) vermittels einer den Drucksensor übergrei­ fenden Schutzkappe (28) zeitweise verschließbar ist.

2. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schutzkappe (28) vom Chipträger (5) abnehm­ bar ausgebildet ist.

3. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schutzkappe (28) eine vermittels einer selbstklebenden Folie (37) verschließbare Öffnung (34) be­ sitzt.

4. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (28) als eigen­ ständig gestaltetes Bauteil vorzugsweise aus Kunststoffmate­ rial gefertigt ist.

5. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (28) ein Halte­ mittel (27) für eine formschlüssig mechanische Verbindung mit einem Stützmittel (26) des Chipträgers (5) aufweist, derart, daß beim Aufsetzen der Schutzkappe (28) auf den Chipträger (5) das Haltemittel (27) und das Stützmittel (26) wechselwei­ se miteinander in Eingriff gelangen.

6. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützmittel (26) des Chipträ­ gers (5) an seinem Außenumfang eine umlaufende und das Halte­ mittel (27) der Schutzkappe (28) abstützende Widerlagerfläche (29) besitzt.

7. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel (27) der Schutz­ kappe (28) mit einer federnden Auskragung versehen ist, die mit einer in dem Stützmittel (26) des Chipträgers (5) vorge­ sehenen Raste zur selbsttätigen Festlegung der Schutzkappe (28) und des Chipträgers (5) in einer Montagelage zugeordnet ist.

8. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipträger (5) und die Schutzkappe (28) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches gegenüber den bei der Montage des Bauelementes (1) zum Einsatz kommenden Chemikalien resistent ist.