DE19626082A1 - Bauelementgehäuse für eine Oberflächenmontage eines Halbleiter-Bauelementes - Google Patents

Bauelementgehäuse für eine Oberflächenmontage eines Halbleiter-Bauelementes

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauelementgehäuse für eine Oberflächenmontage eines Halbleiter-Bauelementes auf der Be­ stückungsoberfläche einer Leiterplatte, bestehend aus einem eine annähernd ebene Chipträgerfläche aufweisenden Chipträ­ ger, der insbesondere aus elektrisch isolierendem Material besteht, auf welcher Chipträgerfläche ein Halbleiterchip, vorzugsweise mit einer integriert ausgebildeten elektroni­ schen Schaltung befestigt ist, und den Chipträger durchset­ zenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip verbundenen Elektrodenanschlüssen mit einer oberflächenmontierbaren An­ ordnung
Eine solche, auch als Surface Mounted Design (SMD) -Anordnung bekanntgewordene Oberflächenmontage ermöglicht die Applikati­ on eines elektronischen Bauelementes auf einer Platine in be­ sonders platzsparender bzw. niedrigbauender Weise. Bei dieser Montageform werden die Bauelementanschlüsse nicht mehr in Lö­ cher der Leiterplatte wie bei der Einsteckmontage hineinge­ steckt, sondern auf Anschlußflecken auf der Leiterplatte auf­ gesetzt und dort verlötet. Bauelemente für die Oberflächen­ montage können kleiner sein als für die Einsteckmontage, da nicht mehr Loch- und Lötaugendurchmesser der Leiterplatte. Das Rastermaß der Anschlüsse bestimmen. Weiterhin entfallen auf der Leiterplatte die nur zur Bestückung notwendigen Löcher, wobei die lediglich noch zur Durchkontaktierung benötigten Löcher so klein wie technologisch möglich ausgeführt werden können. Da dazu noch eine doppelseitige Bestückung der Lei­ terplatte möglich ist, kann durch die Oberflächenmontage eine beträchtliche Platzeinsparung und erhebliche Kostensenkung erzielt werden. Eine besonders geringe Bauhöhe des elektroni­ sches Bauelementes ergibt sich hierbei, wenn die den Chipträ­ ger durchsetzenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip ver­ bundenen Elektrodenanschlüsse in der Form von nach wenigstens zwei Seiten des Chipträgers herausgeführten Anschlußbeinchen ausgebildet sind, die zu kurzen schwingenförmigen Anschluß­ stummeln gebogen und geschnitten sind.
Bei der Applikation von oberflächenmontierbaren Halbleiter-Bau­ elementen auf der Bestückungsoberfläche der Leiterplatte ist der möglichen, hauptsächlich toleranzbedingten Durchbie­ gung der Leiterplatte Rechnung zu tragen, welche andernfalls Probleme bei der Bestückung und beim späteren Einsatz der be­ stückten Leiterplatte bereiten könnte. Wegen der nur gering­ sten Bodenabstände der Enden der aus den Gehäuseseitenteilen ragenden Anschlußbeinchen im Bereich 1/10 mm erfordert die Bestückung solcher Bausteine auf der Leiterplatte exakt ar­ beitende Trimm- und Formwerkzeuge.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauelementgehäuse für eine Oberflächenmontage eines Halblei­ ter-Bauelementes auf der Bestückungsoberfläche einer Leiter­ platte zur Verfügung zu stellen, welches den Einsatz jegli­ cher Trim- und Formwerkzeuge bei der Bestückung der Leiter­ platte erübrigt, und gleichzeitig einen Ausgleich toleranzbe­ dingter Durchbiegungen der Leiterplatte sowie Verspannungen thermischer oder mechanischer Art der Leiterplatte ermög­ licht.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauelementgehäuse nach Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die der Bestückungsober­ fläche der Leiterplatte zugewandten äußeren Begrenzungsflä­ chen des Chipträgers einen vom Randbereich zum Mittenbereich des Chipträgers stetig zunehmenden Abstand zur Bestückungs­ oberfläche der Leiterplatte aufweisen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird durch Ausbildung des Unterteiles des Gehäuses in einer Dachform dieses von der Bestückungsoberfläche der Leiterplatte abgehoben. Dadurch kann der Einsatz eines Trimm- und Formwerkzeuges gänzlich ent­ fallen, und damit auch die Anforderungen an den Bodenabstand zwischen der Unterseite des Bauelementgehäuses und der Be­ stückungsoberfläche der Leiterplatte niedriger angesetzt wer­ den. Allgemein wird die Bestückung der Leiterplatte günsti­ ger, da eine gute Adhäsion des bei der Bestückung zum Einsatz kommenden Bestückklebers gewährleistet ist, mögliche Toleran­ zen der Leiterplatte in Form von Durchbiegungen ausgeglichen werden, und Verspannungen thermischer oder mechanischer Art entgegengewirkt wird, da ein Kontakt des Bauelementes mit der Leiterplatte nur durch die Anschlußbeinchen gegeben ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die der Bestückungsoberfläche der Leiterplatte zuge­ wandten äußeren Begrenzungsflächen des Chipträgers im Quer­ schnitt des Chipträgers einen im wesentlichen umgekehrten V-förmigen Verlauf besitzen. Hierbei kann bei einer beispiel­ haften Ausbildung vorgesehen sein, daß der größte Abstand der der Bestückungsoberfläche zugewandten äußeren Begrenzungsflä­ chen des Chipträgers zur Leiterplatte einen Wert von etwa 0,1 bis etwa 0,5 mm besitzt.
Dem Prinzip der Erfindung folgend ist vorgesehen, daß die den Chipträger durchsetzenden und elektrisch mit dem Halbleiter­ chip verbundenen Elektrodenanschlüssen in der Form von nach wenigstens zwei Seiten des Chipträgers herausgeführten An­ schlußbeinchen ausgebildet sind, die zu kurzen schwingenför­ migen Anschlußstummeln gebogen und geschnitten sind.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen sein, daß der aus elektrisch isolierendem Material und insbe­ sondere einstückig hergestellte Chipträger ein gegenüber der Bestückungsoberfläche der Leiterplatte abgehobenes Unterteil und zu beiden Seiten des Unterteiles angeordnete Seitenteile aufweist. Hierbei können die Biegungen der Anschlußbeinchen von Vorteil vollständig innerhalb der Seitenteile des Chip­ trägers aufgenommen sein.
Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, daß die aus den Seitenteilen des Chipträgers ragenden Enden der Anschlußbeinchen gegenüber der Bestückungsoberflä­ che der Leiterplatte eine geringfügige Neigung besitzen.
In besonders bevorzugter Weise ist der Chipträger einstückig aus einem Thermoplastkunststoffmaterial hergestellt.
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 Bauelementge­ häuses gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische Gesamtansicht des Chipträgers eines Bauelementgehäuses nach dem Ausführungsbeispiel.
Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen Bauelementgehäuses 1 für eine Oberflächenmontage auf der Bestückungsoberfläche 2 einer Leiterplatte 3. Das Bauele­ mentgehäuse 1 besitzt einen eine annähernd ebene Chipträger­ fläche 4 aufweisenden Chipträger 5 aus elektrisch isolieren­ dem Kunststoffmaterial, auf welcher Chipträgerfläche 4 ein Halbleiterchip 6 mit einem integriert ausgebildeten Drucksen­ sor und diesem zugeordnete elektronischen Schaltung befestigt ist, wobei der Drucksensor und die Schaltung in den Figuren nicht näher dargestellt sind, und den Chipträger 5 durchset­ zenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip 6 verbundenen Elektrodenanschlüssen 7, deren Enden 8 auf (nicht näher dar­ gestellten) Anschlußflecken auf der Bestückungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 aufgesetzt und dort verlötet werden. 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, sowie zu den Seiten des Unterteiles 9 angeordnete Seitenteile 10, 10a und 11, 11a, welche die seitlich abschließenden Gehäusewandungen des Drucksensorgehäuses bilden. Der Chipträger 5 ist nach der in Fig. 1 im wesentlichen maßstabsgerecht dargestellten Wei­ se derart ausgebildet, daß die der Bestückungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 zugewandten äußeren Begrenzungsflächen 12, 13 des Chipträgers 5 einen von den unteren Randbereichen 14, 15 zum Mittenbereich 16 des Chipträgers 5 stetig zunehmenden Abstand zur Bestückungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 auf­ weisen. Insbesondere besitzen die äußeren Begrenzungsflächen 12, 13 des Chipträgers 5 im Querschnitt gesehen einen im we­ sentlichen umgekehrten V-förmigen Verlauf, bzw. dachförmig gestalteten Verlauf, derart, daß die Spitze des umgekehrten V mittig angeordnet ist, wobei der größte Abstand an dieser Stelle zur Leiterplatte eine Wert von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm besitzt. Weiterhin ist vorgesehen, daß die den Chip­ träger 5 durchsetzenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip 6 verbundenen Elektrodenanschlüsse 7 in der Form von nach we­ nigstens zwei Seiten des Chipträgers 5 herausgeführten An­ schlußbeinchen ausgebildet sind, die zu kurzen schwingenför­ migen Anschlußstummeln 17 gebogen und geschnitten sind. Eine solche Anordnung gewährleistet eine geringste Bauhöhe des Sensorbauelementes. Weiterhin sind die Biegungen 18 der An­ schlußbeinchen vollständig innerhalb der Seitenteile 10, 11 des Chipträgers 5 aufgenommen, was den Vorteil besitzt, daß das Gehäuse in seinen Abmessungen nochmals verkleinert, die Größe des Leadframe verkleinert ist, und im übrigen die Kriechwege für korrosive Medien erheblich verlängert und so­ mit eine Durchsetzung mit Chemikalien reduziert wird. Darüber hinaus ermöglicht eine solche Anordnung eine mechanische Ver­ ankerung des Leadframe bzw. der Elektrodenanschlüsse 7 inner­ halb des Gehäuses des Bauteiles und damit eine zusätzliche Erhöhung der mechanischen Stabilität insgesamt. Weiterhin be­ sitzen die aus den Seitenteilen 10, 11 des Chipträgers 5 ra­ genden Enden 8 der Anschlußbeinchen gegenüber der Bestüc­ kungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 eine geringfügige Nei­ gung dergestalt, daß die der Bestückungsoberfläche 2 zuge­ wandte äußerste Kante 19 des Endes 8 der Anschlußbeinchen ei­ nen Abstand von etwa 0,1 mm zu der strichliert dargestellten Hilfsebene 20 besitzt. Durch diese Anordnung wird gewährlei­ stet, daß ein Kontakt des Bauelementes mit der Bestückungs­ oberfläche 2 der Leiterplatte 3 nur durch die äußersten Enden 8 der Anschlußbeinchen gegeben ist, was zusammen mit der dar­ gestellten, günstigen Gehäuseanordnung, bei dem der Unterteil von der Leiterplatte abgehoben ausgebildet ist und das Gehäu­ se wie dargestellt in Dachform ausgebildet ist, den möglichen Durchbiegungen der Leiterplatte 3 Rechnung getragen wird, und darüber hinaus Probleme bei der Bestückung des Bauelementes auf der Leiterplatte 3, sowie beim späteren Einsatz der Lei­ terplatte 3 vermieden werden. In vorteilhafter Weise kann hierbei ein bislang bei der Bestückung erforderliches Ein­ stellen vermittels sogenannter Trimm- und Formwerkzeugen ent­ fallen, 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 eines auf den Chipträger 5 aufsetzbaren (nicht näher dargestellten) Anschlußstückes derart, daß beim Aufsetzen des Anschlußstüc­ kes auf den Chipträger 5 das Haltemittel 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 des Anschlußstückes ab­ stützende Widerlagerfläche 29. Diese kann wie dargestellt in der Form einer am Randbereich des Chipträgers 5 umlaufend ausgebildeten Nut 30 ausgebildet sein, in welche eine am Au­ ßenumfang des Anschlußstückes geformte Feder wenigstens teil­ weise eingreift.
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 elektronischen Bauelementes, insbe­ sondere die Bonddrähte 21, die Anschlußbeinchen 7 bzw. das Leadframe 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. Darüber hinaus dient das Gel 32 als Füllma­ terial, um das Totvolumen zwischen dem Sensor-Bauelement und dem aufgesetzten Anschlußstück möglichst gering zu halten, um Verfälschungen bzw. zeitliche Verzögerungen bei der Messung des Druckes zu vermeiden. Zur weiteren Trennung des zu mes­ senden Mediums von dem Halbleiterchip 6 bzw. den korrosions­ gefährdeten Bestandteilen des elektronischen Bauelementes ist des weiteren vorgesehen, daß die dem Chipträger 5 zugewandte Seite des Anschlußstückes mit einer elastischen Membran ver­ schlossen ist. Die Membran ist in der Lage, den Druckimpuls des an den Sensor herangeführten Mediums ohne wesentliche Verfälschung bzw. zeitliche Verzögerung weiterzugeben, ver­ hindert jedoch die Gefahr der Kontamination eines gefährdeten Bestandteiles durch Ionen oder andere schädliche Teile des Mediums.
Die Seitenwandungen 24, 25 des einseitig offenen Chipträgers 5 können des weiteren mit einer auf der Innenseite durchge­ hend angeordneten Flußstopkante 36 ausgestattet sein. In die­ sem Fall ist die Innenseite des Chipträgers 5 lediglich bis zur Höhe der Flußstopkante 36 mit dem Gel 32 aufgefüllt. Die­ se Flußstopkante 36 ermöglicht einen definierten Stop der Ka­ pillarkräfte des adhäsiven Gels 32 und verhindert somit auf­ grund von Kapillarkräften ein unerwünschtes Hochsteigen des Gels 32 über die Gehäuseränder hinaus.

Claims (8)

1. Bauelementgehäuse für eine Oberflächenmontage eines Halb­ leiter-Bauelementes auf der Bestückungsoberfläche (2) einer Leiterplatte (3), bestehend aus einem eine annähernd ebene Chipträgerfläche (4) aufweisenden Chipträger (5), auf welcher Chipträgerfläche (4) ein Halbleiterchip (6) befestigt ist, und den Chipträger (5) durchsetzenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip (6) verbundenen Elektrodenanschlüssen (7) mit einer oberflächenmontierbaren Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die der Bestückungsoberfläche (2) der Leiterplatte (3) zuge­ wandten äußeren Begrenzungsflächen (12, 13) des Chipträgers (5) einen vom Randbereich (14, 15) zum Mittenbereich (16) des Chipträgers (5) stetig zunehmenden Abstand zur Bestückungs­ oberfläche (2) der Leiterplatte (3) aufweisen.
2. Bauelementgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Bestückungsoberfläche (2) der Leiterplatte (3) zugewandten äußeren Begrenzungsflächen (12, 13) des Chipträ­ gers (5) im Querschnitt des Chipträgers (5) einen im wesent­ lichen umgekehrten V-förmigen Verlauf besitzen.
3. Bauelementgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der größte Abstand der der Bestückungsoberflä­ che (2) zugewandten äußeren Begrenzungsflächen (12, 13) des Chipträgers (5) zur Leiterplatte (3) einen Wert von etwa 0.1 bis etwa 0.5 mm besitzt.
4. Bauelementgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die den Chipträger (5) durchsetzen­ den und elektrisch mit dem Halbleiterchip (6) verbundenen Elektrodenanschlüssen (7) in der Form von nach wenigstens zwei Seiten des Chipträgers (5) herausgeführten Anschlußbein­ chen ausgebildet sind, die zu kurzen schwingenförmigen An­ schlußstummeln (17) gebogen und geschnitten sind.
5. Bauelementgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der aus elektrisch isolierendem Ma­ terial und insbesondere einstückig hergestellte Chipträger (5) ein gegenüber der Bestückungsoberfläche (2) der Leiter­ platte (3) abgehobenes Unterteil (9) und zu beiden Seiten des Unterteiles (9) angeordnete Seitenteile (10, 10a, 11, 11a) aufweist.
6. Bauelementgehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegungen der Anschlußbeinchen innerhalb der Seiten­ teile (10, 10a, 11, 11a) des Chipträgers (5) aufgenommen sind.
7. Bauelementgehäuse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus den Seitenteilen (10, 10a, 11, 11a) des Chipträgers (5) ragenden Enden (8) der Anschlußbeinchen ge­ genüber der Bestückungsoberfläche (2) der Leiterplatte (3) eine geringfügige Neigung besitzen.
8. Bauelementgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Chipträger (5) aus einem Thermoplastkunststoffmaterial hergestellt ist.
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