DE19929025A1

DE19929025A1 - Drucksensor

Info

Publication number: DE19929025A1
Application number: DE19929025A
Authority: DE
Inventors: Frieder Haag; Dirk Scholz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2000-12-28

Abstract

Bei einem Drucksensor, welcher einen Halbleiter-Druckaufnehmer mit einem auf einen Sockel aufgebrachten Halbleiterchip umfaßt, welcher Halbleiterchip eine Druckmembran aufweist und mit Kontaktabschnitten eines Leitungsgitters, insbesondere eines Leadframes, elektrisch verbunden ist, und wobei ein Gehäuse vorgesehen ist, welches durch Umspritzen des Halbleiter-Druckaufnehmers mit Spritzmasse hergestellt ist, wird vorgeschlagen, eine in die Spritzmasse teilweise eingebettete Kappe vorzusehen, welche eine dem Halbleiter-Druckaufnehmer zugewandte Öffnung, eine der Öffnung gegenüberliegende Kappenoberseite mit einem darin angeordneten Durchlaß und eine sich von der Kappenoberseite aus erstreckende und die Öffnung begrenzende Kappenwand aufweist, wobei die mit dem Durchlaß versehene Kappenoberseite an einer Außenseite des aus Spritzmasse hergestellten Gehäuses frei zugänglich ist und wobei der zwischen der Kappenoberseite, der Kappenwand und der Öffnung befindliche Kappeninnenraum eine Druckzuführung für den Halbleiter-Druckaufnehmer bildet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor mit den im Oberbe griff des unabhängigen Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Derartige Drucksensoren sind beispielsweise aus der Druck schrift "Advanced Microsystems for Automotiv Applications' 99, D.E. Ricken, W. Gessner, Seite 126" bekannt. Bei den be kannten Drucksensoren wird ein Halbleiter-Druckaufnehmer, welcher einen auf einen Sockel aufgebrachten Halbleiterchip mit Druckmembran umfaßt, auf ein Leitungsgitter, ein soge nanntes Leadframe, aufgebracht. Ein ebener Abschnitt des Lei tungsgitters, ein sogenannter Diepad, dient dabei als Monta gefläche für den Halbleiter-Druckaufnehmer. Anschließend wixd der Halbleiterchip über Bonddrähte mit Kontaktabschnitten des Leitungsgitters verbunden. Im einem als "Transfer molding"' bekannten Spritzpreßverfahren wird schließlich der Halblei ter-Druckaufnehmer mit einem Gehäuse aus Spritzmasse (Mold compound) umspritzt. Die Druckzuführung erfolgt durch einen in dem Sockel und dem Diepad ausgebildeten Druckkanal. Beim Umspritzen des Halbleiter-Druckaufnehmers muß eine Druckzu führung in dem Gehäuse ausgespart werden, die nicht mit Spritzmasse gefüllt werden darf. Dies geschieht durch einen Stempel, der im Spritzwerkzeug im Bereich des Druckkanals ge gen das Diepad angedrückt wird. Nach dem Umspritzen wird der Stempel entfernt, wodurch in der Spritzmasse eine Aussparung verbleibt, welche als Druckzuführung dient. Durch die in dem Gehäuse ausgebildete Aussparung ist der in dem Diepad und dem Sockel ausgebildete Druckkanal mit dem Außenraum verbunden.

Nachteilig bei den bekannten Sensoren ist, daß sich das Die pad des Leitungsgitters beim Andrücken des Stempel verschie ben kann und zwischen dem Stempel und dem Diepad ein Spalt verbleibt, so daß beim Umspritzen Spritzmasse in den Druckka nal und auf die Membran des Halbleiterchips gelangen kann, wodurch die Funktion des Drucksensors beeinträchtigt wird.

Vorteile der Erfindung

Durch den Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden. Der erfindungsgemäße Drucksensor weist eine in die Spritzmasse teilweise eingebettete Kappe auf, welche ei ne dem Halbleiter-Druckaufnehmer zugewandte Öffnung, eine der Öffnung gegenüberliegende Kappenoberseite mit einem dar in angeordneten Durchlaß und eine sich von der Kappenober seite aus erstreckende und die Öffnung begrenzende Kappen wand aufweist. Beim Umspritzen des Druckaufnehmers mit Spritzmasse bleibt die Kappenoberseite mit dem Durchlaß an einer Außenseite des Gehäuses frei zugänglich. Durch die schützende Kappe wird vermieden, daß Spritzmasse auf die Membran des Halbleiterchips gelangt. Selbst bei kleinen Un dichtigkeiten zwischen Kappenoberseite und Spritzwerkzeug gelangt die Spritzmasse nicht auf die Membran des Halblei terchips. Durch den Kappeninnenraum wird in einfacher Weise im Gehäuse des Drucksensors vorteilhaft eine Druckzuführung für den Halbleiter-Druckaufnehmer ausgebildet. Weiterhin ist vorteilhaft, daß durch den in der Kappenoberseite ausgebil deten Durchlaß zugleich ein Berührungs- und Verunreinigungs schutz der empfindlichen Membran des Halbleiterchips gegeben ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale erreicht.

Der Drucksensor kann sehr preisgünstig gefertigt werden, wenn die Kappe einstückig mit dem Leitungsgitter ausgebildet ist. Dies macht nur eine geringfügige Abänderung des Her stellungsverfahrens erforderlich. Die Kappe ist an dem Lei tungsgitter so angeordnet, daß der Sockel des Halbleiter- Druckaufnehmers in bekannter Weise mit seiner von dem Halb leiterchip abgewandten Unterseite auf einen Montageabschnitt des Leitungsgitters aufgebracht werden kann.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß ein sich seitlich an den Montageabschnitt anschließender und mit der Kappe versehener Abschnitt des Leitungsgitters mehrfach derart abgewinkelt ist, daß die Kappe mit der Öff nung direkt auf der von dem Sockel abgewandten Oberseite des Halbleiterchips angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Kappe mit einem die Öffnung umgebenden Flansch flach auf dem Halbleiterchip aufliegt, wobei der Flansch auf dem Halbleiterchip um die Druckmembran herum angeordnet ist. Zusätzlich kann der Auflagebereich der Kappenwand auf der Oberseite des Halbleiterchips mit einem Dichtungsgel abge dichtet sein, das beispielsweise durch den Durchlaß an der Kappenoberseite in den Kappeninnenraum eingespritzt wird.

In einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, in den Sockel des Halbleiter-Druckaufnehmers einen Druckkanal ein zubringen, die von dem Leitungsgitter abgewandte Seite des Halbleiterchips mit einem Deckel abzudecken und die Kappe in dem Abschnitt des Leitungsgitters auszubilden, auf den an schließend der Halbleiter-Druckaufnehmer derart aufgebracht wird, daß die Öffnung der Kappe dem Druckkanal zugewandt ist.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Leitungsgitter (Leadframe) vor der Vereinzelung mit mehreren Halbleiter-Druckaufnehmern,

Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 längs der Linie A-A,

Fig. 3 den Leitungsgitterabschnitt aus Fig. 2 nach dem Umbie gen der Kappe,

Fig. 4 den fertigen Drucksensor nach dem Umspritzen des Halb leiter-Druckaufnehmers,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Leitungsgitter 10, ein sogenanntes Leadframe. Das streifen förmige Leitungsgitter 10 wird durch Stanzen und Biegen aus einem Blechstreifen oder in anderer geeigneter Weise herge stellt und weist in Längsrichtung des Streifens mehrere gleichartig aufgebaute Abschnitte auf, die längs der Linien L-L vereinzelt werden können. Auf diese Weise ist eine Ferti gung im Nutzen möglich. Die Herstellung der Drucksensoren er folgt vorzugsweise in einer automatisierten Linienfertigung. Jeder Bereich des Leitungsgitters zwischen den Trennlinien L- L weist jeweils einen flachen, rechteckförmigen Montageab schnitt 12 zur Aufbringung eines Halbleiter-Druckaufnehmers 2 auf. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, umfaßt der Halbleiter- Druckaufnehmer 2 einen Halbleiterchip 3, beispielsweise einen Siliciumchip, mit einer Oberseite 20 und einer Unterseite 21. In die Unterseite 21 ist eine Vertiefung 6 eingebracht. Ein Abschnitt des Halbleiterchips 3 mit verminderter Material stärke oberhalb der Vertiefung 6 bildet eine verformbare Mem bran 5. Weiterhin ist der Halbleiterchip 3 mit der Unterseite 21 auf einen Sockel 4 aufgebracht, beispielsweise einen Glas sockel oder einen Sockel aus Kunststoff. Durch den Sockel 4 wird die Vertiefung 6 hermetisch dicht verschlossen und so ein Referenzraum des Drucksensors gebildet. Auf der Oberseite 20 des Halbleiterchips 3 sind in bekannter Weise nicht darge stellte Auswertemittel angeordnet, mit denen eine Verformung der Membran 5 nachweisbar ist. Bei den Auswertemitteln kann es sich beispielsweise um piezoresistive Elemente im Bereich der Membran handeln, mit denen mechanische Spannungen in der Membran 5 nachweisbar sind. Nach Aufbringung des Halbleiter- Druckaufnehmers 2 auf den Abschnitt 12 des Leitungsgitters 10 wird der Halbleiterchip 3 über Bonddrähte 16 mit Kontaktab schnitten 11 des Leitungsgitters 10 elektrisch verbunden. An schließend werden in bekannter Weise die Querstege von dem Leitungsgitter entfernt und die zuvor über Stege miteinander verbundenen Kontaktabschnitte voneinander getrennt.

Wie in Fig. 1 und Fig. 2 weiterhin dargestellt ist, schließt sich an die mit dem Halbleiter-Druckaufnehmer 2 versehenen Montageabschnitte 12 des Leitungsgitters 10 jeweils ein wei terer Abschnitt 13 des Leitungsgitters seitlich an. Der wei tere Abschnitt 13 weist an seinem von dem Montageabschnitt 12 entfernt liegenden Ende eine Kappe 7 auf, die beispielsweise durch einen Stanzbiegevorgang in das Leitungsgitter 10 einge bracht ist. Die Kappe 7 weist eine durch die Kappenwand 17 begrenzte Öffnung 9 auf, die in der Ebene des weiteren Ab schnitts 13 angeordnet ist und von einem Flansch 19 umgeben ist. Von der Öffnung 9 aus erstreckt sich die Kappenwand 17 bis zu der zunächst nach unten gewandten Kappenoberseite 18. In der Kappenoberseite 18 ist ein zentraler Durchlaß 8, bei spielsweise eine Bohrung angeordnet. Die Kappe 7 steht zu nächst auf der von dem Halbleiter-Druckaufnehmer 2 abgewand ten Seite des Leitungsgitters nach unten ab. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird der Abschnitt 13 bei der Herstellung des Drucksensors zweimal rechtwinklig derart abgebogen, daß die Kappe 7 mit der Öffnung 9 auf der Oberseite 20 des Halb leiterchips 3 zu liegen kommt. Der die Öffnung 9 begrenzende Flansch 19 ist dabei um die Membran 5 herum angeordnet und legt sich flach an die Oberseite 20 des Halbleiterchips an. In dem Abschnitt 13 können entsprechende Kerben vorgesehen sein, um das Abknicken des Abschnitts 13 zu erleichtern.

Das in Fig. 3 dargestellte Leitungsgitter 10 wird nun in ein Spritzpreßwerkzeug eingesetzt, wobei ein Werkzeugteil gegen die Kappenoberseite 18 angedrückt wird und den Durchlaß 8 ab deckt. Anschließend wird der Montageabschnitt 12 mit dem Halbleiter-Druckaufnehmer 2 im sogenannten Transfer-Molding- Verfahren mit Spritzmasse (Molding compound), beispielsweise einem Duroplast oder Kunstharz umspritzt. Wie in Fig. 4 dar gestellt, entsteht hierdurch ein den Halbleiter-Druckauf nehmer umgebendes Gehäuse 30, aus dem die Kontaktabschnitte 11 seitlich herausgeführt sind. Die Oberseite 31 des Gehäuses 30 aus Spritzmasse schließt bündig mit der Kappenoberseite 18 ab, so daß der Durchlaß 8 an der Oberseite 31 des Gehäuses 30 frei zugänglich ist. Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, bildet beim fertigen Drucksensor 1 der Kappeninnenraum zwischen der Kappenoberseite 18, der Kappenwand 17 und der Öffnung 9 eine Druckzuführung zur Membran 5 des Halbleiterchips 3 aus. Die Kontaktabschnitte 11 können umgebogen werden und bilden so Anschlußbeinchen des Drucksensors 1. Die teilweise in die Spritzmasse eingebettete Kappe 7 bildet einen Schutz für die Membran 5 den Halbleiterchips, da der Durchlaß 8 an der Kap penoberseite 18 sehr klein ausgebildet werden kann. Zusätz lich kann insbesondere vor dem Umspritzen mit dem Gehäuse 30 ein elastisch verformbares Dichtungsgel 40 in den Kappenin nenraum eingebracht werden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Das Dichtungsgel 40 dichtet den Bereich zwischen der Kap peninnwand und der Oberseite 20 des Halbleiterchips 3 ab und bildet einen zusätzlichen Schutz für die Membran 5 des Halb leiterchips 3. Aufgrund der Elastizität des Gels bleibt dabei die Verformbarkeit der Membran 5 erhalten.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die den in Fig. 4 entsprechenden Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kappe innerhalb des Montageab schnittes 12 des Leitungsgitters 10 unterhalb des Halbleiter- Druckaufnehmers 2 derartig angeordnet, daß die Öffnung 9 der Kappe 7 dem Sockel 4 des Halbleiter-Druckaufnehmers zugewandt ist. Der Sockel 4 ist mit einem Druckkanal 25 versehen, der unmittelbar über der Öffnung 9 angeordnet ist. Auf der Ober seite 20 des Halbleiterchips 3 ist ein Deckel 26 aufgesetzt. Ein Hohlraum zwischen der Deckelwand und der Membran 5 bildet einen Referenzraum des Drucksensors. Der Halbleiter-Druckauf nehmer 2 wird in ein Spritzpreßwerkzeug eingesetzt und mit Spritzmasse umspritzt, wobei die Kappenoberseite 18 an der Unterseite 31 des Gehäuses 30 frei zugänglich bleibt. Der Druckkanal wird in diesem Fall durch den Durchlaß 8, den Kap peninnenraum, die Öffnung 9, den Druckkanal 25 des Sockels 4 und die Vertiefung 6 des Halbleiterchips 3 gebildet. Im Ver gleich zu dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel ist bei dem Aus führungsbeispiel von Fig. 5 zwar als weiteres Bauteil der Deckel 26 erforderlich, jedoch entfällt das mehrfache Umbie gen des mit der Kappe 7 versehenen Abschnitts.

Claims

1. Drucksensor umfassend einen Halbleiter-Druckaufnehmer (2) mit einem auf einen Sockel (4) aufgebrachten Halbleiterchip (3), welcher Halbleiterchip eine Druckmembran (5) aufweist und mit Kontaktabschnitten (11) eines Leitungsgitters (10), insbesondere eines Leadframes, elektrisch verbunden ist, und ein Gehäuse (30), welches durch Umspritzen des Halbleiter- Druckaufnehmers (2) mit Spritzmasse hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine in die Spritzmasse teilweise einge bettete Kappe (7) vorgesehen ist, welche eine dem Halblei ter-Druckaufnehmer (2) zugewandte Öffnung (9), eine der Öff nung (9) gegenüberliegende Kappenoberseite (18) mit einem darin angeordneten Durchlaß (8) und eine sich von der Kap penoberseite (18) aus erstreckende und die Öffnung (9) be grenzende Kappenwand (17) aufweist, wobei die mit dem Durch laß (8) versehene Kappenoberseite (18) an einer Außenseite (31) des aus Spritzmasse hergestellten Gehäuses (30) frei zugänglich ist und wobei der zwischen der Kappenoberseite (18), der Kappenwand (17) und der Öffnung (9) befindliche Kappeninnenraum eine Druckzuführung für den Halbleiter- Druckaufnehmer (2) bildet.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (7) einstückig mit dem Leitungsgitter (10) ausge bildet ist.

3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (4) des Halbleiter-Druckaufnehmers (2) mit seiner von dem Halbleiterchip (3) abgewandten Unterseite auf einen Montageabschnitt (12) des Leitungsgitters (10) aufgebracht ist.

4. Drucksensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich seitlich an den Montageabschnitt (12) anschließen der und mit der Kappe (7) versehener Abschnitt (13) des Lei tungsgitters (10) mehrfach derart abgewinkelt ist, daß die Kappe (7) mit der Öffnung (9) direkt auf der von dem Sockel (4) abgewandten Oberseite (20) des Halbleiterchips (3) ange ordnet ist. (Fig. 3)

5. Drucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (7) mit einem die Öffnung (9) umgebenden Flansch (19) flach auf dem Halbleiterchip (3) aufliegt und daß der Flansch (19) auf dem Halbleiterchip (3) um die Druckmembran (5) herum angeordnet ist. (Fig. 4)

6. Drucksensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß der Auflagebereich der Kappenwand (17) auf der Oberseite (20) des Halbleiterchips (3) mit einem Dichtungs gel (40) abgedichtet ist.

7. Drucksensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sockel (4) des Halbleiter-Druckaufnehmers (2) ein Druckkanal (25) eingebracht ist, daß die von dem Leitungs gitter (10) abgewandte Seite (20) des Halbleiterchips (3) mit einem Deckel (26) abgedeckt ist und daß die Kappe (7) in den Montageabschnitt (12) des Leitungsgitters (10) derart eingebracht ist, daß die Öffnung (9) der Kappe (7) dem Druckkanal (25) zugewandt ist. (Fig. 5)

8. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (7) als Stanzbiegeteil an dem Leitungsgitter (10) ausgebildet ist.