DE19709977A1

DE19709977A1 - Halbleiterschaltungsvorrichtung und Halbleitersensorvorrichtung

Info

Publication number: DE19709977A1
Application number: DE1997109977
Authority: DE
Inventors: Juergen Winterer; Eric Bootz; Bernd Stadler; Achim Neu; Thies Janczek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1998-09-24
Also published as: WO1998040712A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterschaltungsvor richtung mit einem Halbleiterchip mit einer oder mehreren in tegrierten Halbleiterschaltungen, welche mit auf der Haupto berfläche des Halbleiterchips angeordneten Kontaktelementen elektrisch verbunden ist bzw. sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Halbleitersensorvorrichtung mit einem Halbleiterchip, in welchem integriert ein Sensor und eine oder mehrere integrierte, dem Sensor zugeordnete Halbleiter schaltungen ausgebildet ist bzw. sind, welche mit auf der Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordneten Kontaktele menten elektrisch verbunden ist bzw. sind, und mit einem eine annähernd ebene Chipträgerfläche aufweisenden Chipträger, auf welchem der Halbleiterchip anordenbar ist, wobei die Kontak telemente des Halbleiterchips elektrisch leitend mit auf dem Chipträger angeordneten Kontaktierungsflächen koppelbar sind.

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. Andererseits erfordert die Applikation eines Halbleiter-Drucksensors in der endgültigen Anwendung die geschützte Verkapselung des Sensorchips durch Umhüllung mit einem geeigneten Material, in der Regel Kunst stoff. Bekannt ist hierbei die Applikation des in aller Regel auf dem Grundmaterial Silizium beruhenden Halbleiterchips in einem Gehäuse, beispielsweise DIP-Gehäuse (Dual-Inline- Package-Gehäuse), SMD-Gehäuse (Surface-Mounted-Design- Gehäuse) oder auch in Sonderbauformen, wobei dieses Gehäuse nachfolgend auf einer Leiterplatte bestückt wird. Bei einer bekannten Ausführung erfolgt die Druckankopplung über eine den empfindlichen Sensor abdeckende und somit schützende Mem bran aus Metall oder auch Kunststoff, welche auch als separa tes Zusatzbauteil ausgeführt sein kann. Probleme ergeben sich hierbei oftmals aufgrund einer nur unzureichenden Druckein kopplung durch das Gehäuse bis zum Sensorchip bei gleichzei tigem Schutz des Sensors. Generell ist eine einfach zu ferti gende und dichte Verbindung zwischen dem zu messenden Medium und dem Sensor gefordert, um eine die Druckmessung verfäl schende Einströmung von Fremdluft zu vermeiden. Andererseits ist in vielen Fällen darüber hinaus eine Trennung des zu mes senden Mediums von den metallischen Bestandteilen des Sensors sowie vom Halbleiterchip erforderlich, um die Gefahr einer Korrosion oder eines zerstörenden Einflusses durch das Medium auf die empfindlichen Bestandteile des Sensors zu vermeiden. Andere Ausführungen von bekannten Drucksensor-Bauelementen sehen ein offenes Gehäuse vor, bei dem der Schutz des Sensor chips gegen Umwelteinflüsse nur als zweitrangiges Problem an gesehen wird, und der Sensorchip nicht geschützt ist. Solche Bauformen sind in der Regel nur für nicht aggressive Medien geeignet.

Allen bislang bekannten Bauformen von Halbleiter-Drucksenso ren gemeinsam ist, daß zur Herstellung stets ein mehrstufi ger Prozeß zur Umhüllung bzw. Verkapselung des Bauelementes erforderlich ist, mit welchem das Bauelement in seine ge wünschte Bauform gebracht wird. Die Applikation eines Halb leiterchips in einem Gehäuse erfolgt bei Drucksensoren her kömmlicherweise durch Kleben oder Löten des Halbleiterchips auf einen Chipträger. Dieser Chipträger kann ein Metall- Leadframe, Metallgehäuse oder ein Leadframe-Streifen sein. Daran anschließend wird der elektrische Kontakt mit den An schlüssen nach außen durch Drahtverbindungen hergestellt. Dies erfordert einen speziellen, vergleichsweise aufwendigen Fertigungsprozeß. Weiterhin stellt diese Verbindungsart we gen der Korrosionsanfälligkeit generell eine mögliche Schwachstelle des Bauteiles dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiter schaltungsvorrichtung bzw. eine Halbleitersensorvorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei der der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktelementen des Halbleiterchips und den äußeren Anschlüssen sowie die Verkap selung des den mechanisch empfindlichen Drucksensor tragenden Halbleiterchips beziehungsweise des Chipträgers konstruktiv einfacher und damit auch kostengünstiger erfolgen kann, und gleichzeitig eine vergleichsweise einfach einzurichtende aber dennoch hinreichend dichte Verbindung zwischen dem zu messen den Medium und dem Drucksensor gewährleistet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, und zum anderen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Halbleiterchip unge häust entweder direkt auf der Bestückungsoberfläche oder in einer vorbereiteten Vertiefung in der Bestückungsoberfläche einer externen Leiterplatte bzw. einem externen Platinen substrat aufgesetzt bzw. eingebracht ist und die auf der Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordneten Kontakt elemente mit den auf der Leiterplatte bzw. dem Platinen substrat angeordneten Leiterbahnen elektrisch kontaktiert sind. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung sieht somit eine direkte Applikation des vorzugsweise aus Siliziumgrundmateri al bestehenden Halbleiterchips auf der Leiterplatte bzw. dem Platinensubstrat in Chip-on-Board-Technik vor. Der Halblei terchip besitzt insbesondere eine Sensorschaltung, wie bei spielsweise eine Druck-, Beschleunigungs- und/oder Drehraten sensorschaltung. Nach der Erfindung wird der Sensorchip unge häust auf die Leiterplatte oder in eine vorbereitete Vertie fung in der Leiterplatte eingebracht und kann dort zunächst mit einem geeigneten Klebe- bzw. Haftmittel fixiert werden. Daran anschließend wird der Halbleiterchip mit einer oder mehreren auf der Leiterplatte bzw. dem Platinensubstrat ange ordneten Leiterbahnen elektrisch leitend kontaktiert.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß der ungehäuste Halbleiterchip mit seiner die Kontaktelemente tragenden, auf die Bestückungsoberfläche der Leiterplatte bzw. des Platinensubstrates zugewandten Haupto berfläche auf der Bestückungsoberfläche bzw. in der vorberei teten Vertiefung der Bestückungsoberfläche angeordnet und di rekt mit den Leiterbahnen kontaktiert ist. Bei dieser auch unter dem Namen "Flip-Chip" bekannten Schnellmontagetechnik wird der Halbleiterchip zur Befestigung auf dem Träger mit der Kontaktseite nach unten auf dem Träger montiert, der ein entsprechendes Zuleitungsmuster in Form der Leiterbahnen trägt. Die Kontaktierung des Halbleiterchips auf dem Träger erfolgt somit direkt, d. h. ohne Kontaktierdrähte oder Anschlußbeinchen. Dem Prinzip der Flip-Chip-Kontaktierung fol gend wird eine Lötverbindung zwischen den auf dem Halbleiter chip angeordneten Kontaktelementen und der auf der Leiter platte angeordneten Leiterbahnen hergestellt. Hierbei sind auf einem oder beiden Verbindungspartnern schmelzfähige Höcker aufgebracht, die, in direkten Kontakt gebracht, aufge schmolzen werden und auf diese Weise die Verbindung herstel len. Diese Art der Direktverbindung bietet bei der erfin dungsgemäßen Montage des ungehäusten Halbleiterchips, insbe sondere Halbleitersensorchips auf der Leiterplatte bzw. dem Platinensubstrat unter anderem folgende Vorteile:

- Das Fehlen von Drähten oder Anschlußbeinchen liefert die kleinstmögliche Anzahl an Verbindungsstellen, nämlich Eins, auf dem Weg vom Chipanschluß zu seiner Weiterverdrahtung.
- Der Einbauplatzbedarf ist der kleinste aller Kontaktierver fahren und entspricht der Chipgröße; auf der Substratver drahtung sollte jedoch die Strukturfeinheit der Chipan schlüsse beherrschbar sein.
- Die Anordnung der Kontaktelemente ist nicht nur auf den Randbereich der Hauptoberfläche beschränkt, sondern auch auf die Chipfläche verteilt möglich.
- Dieses Kontaktierverfahren stellt ein Simultanverfahren dar und erlaubt nach der Einzelbestückung der Halbleiterchips auf der Leiterplatte bzw. dem Platinensubstrat die Herstel lung aller Verbindungen gleichzeitig und unabhängig von ih rer Anzahl.
- Eine Verbindung der Chiprückseite mit der Leiterplatte bzw. dem Platinensubstrat entfällt.

Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse wird der auf der Leiterplat te bzw. dem Platinensubstrat befestigte und kontaktierte Halbleiterchip mit einem vorzugsweise elektrisch isolierenden Abdeckmaterial überdeckt, beispielsweise einer Vergußmasse, welche im Falle von Halbleitersensorchips die zu sensierenden Drücke möglichst verzögerungsfrei und widerstandslos weiter leitet.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn in der Bestückungs oberfläche der Leiterplatte bzw. des Platinensubstrates zur Definition der äußeren Kontur des Abdeckmaterials eine Begrenzung vorgesehen ist, die insbesondere durch einen um den Halbleiterchip bzw. der dafür vorgesehenen Vertiefung um laufenden Graben oder Wall ausgeführt sein kann, der dazu dient, die Abdeckmasse in einem bestimmten abgegrenzten Be reich zu definieren, was zu einer weiteren Verringerung des Einbauplatzbedarfes führt.

In Verbindung mit der Flip-Chip-Kontaktierungstechnik beson ders vorteilhaft, da zu einer äußerst geringen Bauhöhe der Halbleiterschaltungsvorrichtung führend, ist es, wenn der Halbleiterchip in einer vorbereiteten Vertiefung in der Lei terplatte eingebracht wird, wobei die Vertiefung in der Lei terplatte mit Leiterbahnen versehen ist, die beim Einbringen des Halbleiterchips deckungsgleich mit den nach unten zum Bo den der Vertiefung weisenden elektrischen Kontaktelementen des Halbleiterchips angeordnet sind.

Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführung ist die Halblei terschaltungsvorrichtung als Relativdrucksensor ausgeführt, welcher den auf der Leiterplattenoberseite herrschenden Druck messen kann, und welcher ferner über eine Öffnung in der Lei terplatte den Druck an der Leiterplattenunterseite sensiert.

Nach dem nebengeordneten Anspruch 8 betrifft die Erfindung ferner eine Halbleitersensorvorrichtung mit einem vorzugswei se aus Siliziumgrundmaterial gefertigten Halbleiterchip, in welchem integriert ein Sensor und wenigstens eine dem Sensor zugeordnete Halbleiterschaltung ausgebildet ist. Die Halblei tersensorvorrichtung besitzt ferner einen eine annähernd ebe ne Chipträgerfläche aufweisenden Chipträger, auf welchem der Halbleiterchip anordenbar ist, wobei die Kontaktelemente des Halbleiterchips elektrisch leitend mit auf dem Chipträger an geordneten Kontaktierungsflächen koppelbar sind. Erfindungs gemäß ist vorgesehen, daß der Halbleiterchip mit seiner auf die Kontaktierungsfläche des Chipträgers zugewandten Haupt oberfläche auf dem Chipträger plaziert und direkt in Flip- Chip-Technik elektrisch leitend mit dem Chipträger kontak tiert ist. Der Halbleiterchip wird somit mit den Kontaktele menten kopfüber auf dem Chipträger plaziert und elektrisch leitend mit den Anschlüssen für die elektrische Verbindung nach außen gekoppelt. Hierdurch erübrigt sich der Prozeß des Wire-Bondens. Der elektrische Kontakt wird über eine entspre chend passende Anordnung zwischen den auf der Hauptoberfläche des Halbleiterchips vorgesehenen Kontaktelementen und den Elektrodenanschlüssen gewährleistet.

Als Schutz gegen Korrosion bzw. Verschmutzung ist der auf dem Chipträger befestigte und kontaktierte Halbleiterchip mit ei ner flexiblen Abdeckmasse, beispielsweise Silikongel über deckt. Diese Abdeckmasse überträgt hierbei den zu messenden Druck bzw. Druckänderungen hinreichend gut und verzögerungs frei auf die sensitive Druckerfassungsfläche des Halbleiter chips.

Die Halbleitersensorvorrichtung nach der Erfindung kann so wohl als Absolut- wie auch als Relativ-Sensor ausgeführt sein. Dabei sind entweder eine oder beide Seiten des Halblei terchips mit der Abdeckmasse geschützt. Im Falle eines Rela tiv-Sensors wird die Messung einer Druckdifferenz durch Vor sehen einer durchgehenden Öffnung im Chipträger erreicht.

Weiterhin kann die Erfindung auch bei Beschleunigungs- und Drehraten-Sensoren angewendet werden.

In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, daß der Chip träger ein Gehäuseunterteil aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial und das Gehäuseunterteil durchsetzende und elektrisch mit den Kontaktelementen des Halbleiterchips ver bundene Elektrodenanschlüsse für die Montage auf der Bestückungs oberfläche der Leiterplatte bzw. dem Platinensubstrat aufweist. Hierbei kann der Chipträger an seiner der Bestückungs oberfläche der Leiterplatte abgewandten Seite einseitig offen ausgebildet sein, und an den die Öffnung begrenzenden oberen Randbereichen ein Stützmittel für eine formschlüssig mechanische, spielfreie Verbindung mit einem Haltemittel ei ner auf den Chipträger aufsetzbaren Schutzkappe besitzen, derart, daß beim Aufsetzen der Schutzkappe auf den Chipträ ger das Haltemittel und das Stützmittel wechselweise in Ein griff gelangen. Die Schutzkappe kann während der Durchführung der kritischen Montageprozesse verschlossen sein, und im übrigen auch als Transportschutz verwendet werden, wobei eine Entfernung der Schutzkappe erst nach der Montage des Halblei ter-Bauelementes oder vor dem Einsatz des Bauelementes als Drucksensor geöffnet bzw. entfernt wird. Hierbei kann vorge sehen sein, daß die Schutzkappe vom Chipträger abnehmbar aus gebildet ist. Darüber hinaus kann des weiteren vorgesehen sein, daß die Schutzkappe eine vermittels einer selbstkleben den Folie 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.

Im Sinne einer selbsttätig durchzuführenden Festlegung von Chipträger und Schutzkappe kann hierbei des weiteren vorgese hen sein, daß das Haltemittel der Schutzkappe mit einer fe dernden Auskragung versehen ist, die mit einer in dem Stütz mittel des Chipträgers vorgesehenen Raste zur selbsttätigen Festlegung der Schutzkappe und des Chipträgers in einer Mon tagelage zugeordnet ist. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Chip träger und die Schutzkappe aus einem Kunststoffmaterial her gestellt ist, welches gegenüber den bei der Montage des Bau elementes zum Einsatz kommenden 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 vorteilhafterweise, ein flexibles Montagekonzept zur Verfügung zu stellen, mit wel chem an sich beliebige Formen von Schlauch- oder Steckan schlüssen für die Verbindung an den Drucksensor angeboten werden können, womit ein breites Spektrum an Kundenwünschen erfüllbar ist. Durch eine einfache und kostengünstig zu fer tigende Steckerankopplung des die Schutzkappe ersetzenden An schlußstückes kann eine 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 Fremd luft ausgeschlossen und daher eine fehlerfreie Druckmessung durchgeführt werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Im Ein zelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Drucksen sor-Bauelement mit einem im Gehäuse in Flip-Chip- Technik kontaktierten Halbleiterchip gemäß einem er sten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine Halblei terschaltungsvorrichtung mit einem Halbleiter-Druck sensorchip, der in ungehäuster Form direkt in einer vorbereiteten Vertiefung in der Bestückungsoberfläche einer Leiterplatte eingebracht und kontaktiert ist.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Halbleitersensorvorrichtung 1 für eine Oberflä chenmontage auf der Bestückungsoberfläche 2 einer Leiterplat te 3. Die Halbleitersensorvorrichtung 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 elektroni schen 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 Halb leiterchip 6 verbundenen Elektrodenanschlüssen 7, deren Enden 8 auf (nicht näher dargestellten) Anschlußflecken auf der Be stückungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 aufgesetzt und dort verlötet werden. Der insbesondere einstückig, vermittels ei nes an sich bekannten Kunststoffgießverfahrens hergestellte Chipträger 5 umfaßt ein gegenüber der Bestückungsoberfläche 2 abgehobenes Unterteil 9, auf dem der Halbleiterchip 6 abge stützt ist, sowie zu den Seiten des Unterteiles 9 angeordnete Seitenteile 10 und 11, 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 Bestückungs oberfläche 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 10, 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 Bestückungs oberfläche 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 wird wie dargestellt ein Flip-Chip-Kontaktierverfahren zum Einsatz gebracht, bei dem lötfähige Höcker 21 auf metal lischen Chipanschlußstellen 21a auf der Hauptoberfläche H des Chips angebracht sind, die mit dem entsprechend zu verbinden den Elektrodenbeinchen verlötet werden. Für diese elektrische Verbindung sind die Anschlußelektroden vorzugsweise in der Form einer elektrisch leitenden Systemträgerplatte bzw. einem sogenannten Leadframe ausgebildet.

Der auf bzw. in der Hauptoberfläche H des Halbleiterchips 6 aus Silizium integrierte Drucksensor stellt vorzugsweise ei nen piezoresistiven Sensor dar, bei dem eine in der Haupto berfläche H des Chips 6 nach Methoden der Mikromechanik ge fertigte dünne Silizium-Membran vorgesehen ist, die elek trisch mit druckabhängigen Widerständen gekoppelt 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 Signalaufbereitung (Verstärkung und Korrektur), aber auch einem Abgleich und Kompensation des Sensors dient. Gegenüber sonstigen Bauformen eignen sich solche, der Erfindung zugrunde liegenden Halblei ter-Drucksensoren vornehmlich für solche Anwendungen, bei de nen es auf eine geringste Baugröße ankommt, also beispiels weise bei Druckmessungen im Kraftfahrzeugbereich, beispiels weise bei der Messung von Bremsdrücken, Reifendrücken, Brenn raumdrücken und dergleichen. Neben Halbleiter-Drucksensoren, die nach dem Prinzip der piezoresistiven Druckmessung arbei ten, sind darüber hinaus auch solche verwendbar, die mit ka pazitiven Meßprinzipien arbeiten.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Chipträger 5 an seiner der Bestückungsoberfläche 2 der Lei terplatte 3 abgewandten Seite offen ausgebildet, und besitzt an den die Öffnung 22, 23 begrenzenden oberen Randbereichen 24, 25 ein Stützmittel 26 für eine formschlüssig mechanische, spielfreie Verbindung mit einem Haltemittel 27 einer auf den Chipträger 5 aufsetzbaren Schutzkappe 28 derart, daß beim Aufsetzen der Schutzkappe 28 auf den Chipträger 5 das Halte mittel 27 und das Stützmittel 26 wechselweise in Eingriff ge langen. Zu diesem Zweck besitzt das Stützmittel 26 des Chip trägers 5 an seinem Außenumfang eine umlaufende und das Hal temittel 27 der Schutzkappe 28 abstützende Widerlagerfläche 29. Diese kann wie dargestellt in der Form einer am Randbe reich des Chipträgers 5 umlaufend ausgebildeten Nut 30 ausge bildet sein, in welche eine am Außenumfang der Schutzkappe 28 geformte Feder 31 wenigstens teilweise eingreift. Die Schutz kappe 28 besitzt eine Öffnung 34, welche vermittels einer (nicht näher dargestellten) Klebefolie zeitweise verschließ bar 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 Kontaktelemente 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.

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.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Halbleiter sensorvorrichtung 1 als Relativdrucksensor ausgeführt, bei der die Messung der Druckdifferenz zwischen dem auf der Ober seite herrschenden Druck P1 und der auf der Unterseite des Chips herrschende Druck P2 durch Vorsehen einer weiteren durchgehenden Öffnung 37 im Chipträger 5 erreicht wird.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der den Sensor tragende Halbleiterchip 6 ungehäust in Chip-on-Board-Technik in einer vorbereiteten Vertiefung 38 in der Bestückungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 eingebracht ist, und zwar mit einer Hauptoberfläche H nach unten gerich tet, d. h. dem Boden der Vertiefung 38 zugewandt, und die auf der Hauptoberfläche des Halbleiterchips 6 angeordneten Kon taktelemente 21, 21a mit den auf der Leiterplatte 3 angeord neten Leiterbahnen 39 kontaktiert sind. Der auf der Leiter platte 3 befestigte und kontaktierte Halbleiterchip 6 ist mit einem elektrisch isolierenden Abdeckmaterial 40 überdeckt, welches vorzugsweise eine die zu messenden Drücke möglichst verzögerungsfrei und widerstandslos weiterleitende Verguß masse, beispielsweise Silikongel oder dergleichen darstellt. Auf der Bestückungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 ist wei terhin ein die Vertiefung 38 bzw. den Halbleiterchip 6 umge bender Graben 41 ausgebildet, der dazu dient, das Abdeckmate rial 40 in einem bestimmten abgegrenzten Bereich zu definie ren, wobei das Abdeckmaterial aufgrund der begrenzenden Wir kung des Grabens 41 in eine vorgegebene äußere Kontur gezwun gen wird.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Halbleiterschaltungsvorrichtung wiederum als Relativdrucksen sor zur Messung der Druckdifferenz P1 minus P2 ausgebildet, wobei die Leiterplatte 3 an einer der Sensorschaltung zuge ordneten Stelle mit einer Aussparung 42 versehen ist.

Bezugszeichenliste

1

Halbleitersensorvorrichtung

2

Bestückungsoberfläche

3

Leiterplatte

4

Chipträgerfläche

5

Chipträger

6

Halbleiterchip

7

Elektrodenanschlüsse

8

Enden

9

Unterteil

10

,

11

Seitenteile

12

,

13

äußere Begrenzungsflächen

14

,

15

untere Randbereiche

16

Mittenbereich

17

Anschlußstummeln

18

Biegungen

19

äußerste Kante

20

Hilfsebene

21

,

21

a Kontaktelemente

22

abgewandte Seite

23

Öffnung

24

,

25

obere Randbereiche

26

Stützmittel

27

Haltemittel

28

Schutzkappe

29

Widerlagerfläche

30

Nut

31

Feder

32

Füllmittel

33

Medium

34

Öffnung

35

Membran

36

Flußstopkante

37

Klebefolie

38

Vertiefung

39

Leiterbahnen

40

Abdeckmaterial

41

Graben

42

Aussparung
H Hauptoberfläche
P1 auf der Oberseite herrschender Druck
P2 auf der Unterseite herrschender Druck

Claims

1. Halbleiterschaltungsvorrichtung mit einem Halbleiterchip (6) mit einer oder mehreren integrierten Halbleiterschaltun gen, welche mit auf einer Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordneten Kontaktelementen (21, 21a) elektrisch verbunden ist bzw. sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (6) ungehäust entweder direkt auf der Bestückungsoberfläche (2) oder in einer vorbereiteten Vertie fung (38) in der Bestückungsoberfläche (2) einer externen Leiterplatte (3) bzw. einem externen Platinensubstrat aufge setzt bzw. eingebracht ist und die auf der Hauptoberfläche (H) des Halbleiterchips (6) angeordneten Kontaktelemente (21, 21a) mit auf der Leiterplatte (3) bzw. dem Platinensubstrat angeordneten Leiterbahnen (39) kontaktiert sind.

2. Halbleiterschaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ungehäuste Halbleiterchip (6) mit seiner die Kon taktelemente (21, 21a) tragenden, auf die Bestückungsoberflä che (2) der Leiterplatte (3) bzw. des Platinensubstrates zu gewandten Hauptoberfläche (H) auf der Bestückungsoberfläche (2) bzw. in der vorbereiteten Vertiefung (38) der Bestückungs oberfläche (2) angeordnet und direkt mit den Leiterbah nen (39) kontaktiert ist.

3. Halbleiterschaltungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ungehäuste Halbleiterchip (6) auf der Bestückungs oberfläche (2) oder der in der Bestückungsoberfläche (2) vor bereiteten Vertiefung (38) dauerhaft befestigt ist, insbeson dere vermittels eines Klebe- oder Haftmittels.

4. Halbleiterschaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Leiterplatte (3) bzw. dem Platinensubstrat befestigte und kontaktierte Halbleiterchip (6) mit einem elektrisch isolierenden Abdeckmaterial (40) überdeckt ist.

5. Halbleiterschaltungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bestückungsoberfläche (2) der Leiterplatte (3) bzw. des Platinensubstrates zur Definition der äußeren Kontur des Abdeckmaterials (40) eine Begrenzung (41) vorgesehen ist.

6. Halbleiterschaltungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung durch einen den Halbleiterchip (6) umge benden Graben (41) ausgebildet ist.

7. Halbleiterschaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (6) eine integrierte Sensorschaltung, insbesondere eine Druck-, Beschleunigungs- und/oder Drehra tensensorschaltung aufweist, und die Leiterplatte (3) bzw. das Platinensubstrat an einer der Sensorschaltung zugeordne ten Stelle mit einer Aussparung (42) versehen ist.

8. Halbleitersensorvorrichtung mit einem Halbleiterchip (6), in welchem integriert ein Sensor und eine oder mehrere inte grierte, dem Sensor zugeordnete Halbleiterschaltungen ausge bildet ist bzw. sind, welche mit auf einer Hauptoberfläche (H) des Halbleiterchips (6) angeordneten Kontaktelementen (21, 21a) elektrisch verbunden ist bzw. sind, und mit einem eine Chipträgerfläche (4) aufweisenden Chipträger (5), auf welchem der Halbleiterchip (6) anordenbar ist, wobei die Kon taktelemente des Halbleiterchips (6) elektrisch leitend mit auf dem Chipträger (5) angeordneten Kontaktierungsflächen koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (6) mit seiner auf die Kontaktie rungsfläche des Chipträgers (5) zugewandten Hauptoberfläche (H) auf dem Chipträger (5) plaziert und direkt elektrisch leitend mit dem Chipträger (5) kontaktiert ist.

9. Halbleitersensorvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipträger (5) eine externe Leiterplatte (3) oder ein externes Platinensubstrat darstellt, und der Halbleiter chip (6) ungehäust entweder direkt auf der Bestückungsober fläche (2) oder in einer vorbereiteten Vertiefung (38) in der Bestückungsoberfläche (2) der externen Leiterplatte bzw. des externen Platinensubstrates aufgesetzt bzw. eingebracht ist und die auf der Hauptoberfläche (H) des Halbleiterchips (6) angeordneten Kontaktelemente (21, 21a) mit den auf der Be stückungsoberfläche (2) der Leiterplatte (3) bzw. des Plati nensubstrates angeordneten Leiterbahnen (39) kontaktiert sind.

10. Halbleitersensorvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Hauptoberfläche (H) des Halbleiterchips (6) angeordneten Kontaktelemente (21, 21a) durch am Randbereich des Halbleiterchips höckerförmig gestaltete Erhebungen (21) ausgebildet sind.

11. Halbleitersensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Leiterplatte (3) bzw. dem Platinensubstrat befestigte und kontaktierte Halbleiterchip (6) mit einem fließfähigen, aushärtbaren Abdeckmaterial (46) überdeckt ist.

12. Halbleitersensorvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bestückungsoberfläche (2) der Leiterplatte (3) bzw. des Platinensubstrates zur Definition der äußeren Kontur des Abdeckmaterials (40) eine Begrenzung (41) vorgesehen ist.

13. Halbleitersensorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung durch einen den Halbleiterchip (6) umge benden Graben (41) ausgebildet ist.

14. Halbleitersensorvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipträger (5) ein Gehäuseunterteil (9) aus elek trisch isolierendem Kunststoffmaterial und das Gehäuseunter teil (9) durchsetzende und elektrisch mit den Kontaktelemen ten (21, 21a) des Halbleiterchips (6) verbundene Elektroden anschlüsse (7) für die Montage auf der Bestückungsoberfläche (2) der Leiterplatte (3) bzw. dem Platinensubstrat aufweist.

15. Halbleitersensorvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipträger (5) an seiner der Bestückungsoberfläche (2) der Leiterplatte (3) abgewandten Seite (22) einseitig of fen ausgebildet ist, an den die Öffnung (23) begrenzenden oberen Randbereichen (24, 25) ein Stützmittel (26) für eine formschlüssig mechanische, spielfreie Verbindung mit einem Haltemittel (27) einer auf den Chipträger (5) aufsetzbaren Schutzkappe (28) besitzt derart, daß beim Aufsetzen der Schutzkappe (28) auf den Chipträger (5) das Haltemittel (27) und das Stützmittel (26) wechselweise in Eingriff gelangen.