DE19929026A1 - Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines DrucksensorsInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, bei dem ein Halbleiter-Druckaufnehmer (2) auf einen Montageabschnitt (12) eines Leitungsgitters (10) aufgebracht wird, der Halbleiter-Druckaufnehmer (2) mit Kontaktabschnitten (11) des Leitungsgitters (10) elektrisch verbunden wird, das Leitungsgitter mit dem Halbleiter-Druckaufnehmer (2) in ein Spritzwerkzeug (40) eingesetzt wird, und anschließend der Halbleiter-Druckaufnehmer (2) in dem Spritzwerkzeug (40) mit einem Gehäuse (30) aus Spritzmasse umgeben wird, wobei in dem Spritzwerkzeug (40) Mittel vorhanden sind, durch welche eine Druckzuführung (28) für den Halbleiter-Druckaufnehmer (2) von der Umhüllung mit Spritzmasse ausgespart wird, wird vorgeschlagen, einen Stempel (43) im Spritzwerkzeug durch einen Spalt (45) zu der von dem Halbleiter-Druckaufnehmer (2) abgewandten Seite (15) des Montageabschnittes (12) oder zu der von dem Montageabschnitt (12) abgewandten Seite (20) des Halbleiter-Druckaufnehmers (2) beabstandet anzuordnen und durch eine Änderung der Temperatur des Stempels (43) relativ zur Temperatur der verflüssigten Spritzmasse eine Verminderung der Fließfähigkeit der Spritzmasse im Bereich des Stempels (43) herbeizuführen und dadurch zumindest ein vollständiges Eindringen der Spritzmasse in den Spalt (45) zu vermeiden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Drucksensors mit den im Oberbegriff des unabhängigen An
spruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Ein solches Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors ist
beispielsweise aus der Druckschrift "Advanced Microsystems
for Automotiv Applications' 99, D.E. Ricken, W. Gessner, Sei
te 126" bekannt geworden. Bei dem bekannten Verfahren wird
ein Halbleiter-Druckaufnehmer, welcher einen auf einen Sockel
aufgebrachten Halbleiterchip mit Druckmembran umfaßt, auf ein
Leitungsgitter, ein sogenanntes Leadframe, aufgebracht. Ein
ebener Abschnitt des Leitungsgitters, ein sogenannter Diepad,
dient dabei als Montageabschnitt des Halbleiter-Druckauf
nehmers. Anschließend wird der Halbleiterchip über Bonddrähte
mit Kontaktabschnitten des Leitungsgitters verbunden. In ei
nem als "Transfer molding" bekannten Spritzpreßverfahren, das
auch als Transferformen bekannt ist, wird anschließend der
Halbleiter-Druckaufnehmer in ein Gehäuse aus Spritzmasse
(Mold compound) eingebettet. Die Druckzuführung des Sensors
kann dabei von der Oberseite des Halbleiter-Druckaufnehmers
oder durch einen in dem Sockel und dem Montageabschnitt vor
gesehenen und mit der Unterseite des Halbleiterchips verbun
denen Druckkanal erfolgen. Bei der Durchführung des Verfah
rens muß beim Umspritzen des Halbleiter-Druckaufnehmers dar
auf geachtet werden, daß eine Druckzuführung in dem Gehäuse
von Spritzmasse freigehalten wird. Dies geschieht bei den be
kannten Verfahren durch ein Werkzeugteil, das im Spritzwerk
zeug entweder gegen die Oberseite des Halbleiter-Druckauf
nehmers oder gegen den Montageabschnitt angedrückt wird, je
nachdem ob die Druckzuführung von der dem Leitungsgitter ab
gewandten oder der dem Leitungsgitter zugewandten Seite des
Halbleiter-Druckaufnehmers erfolgen soll. Nach dem Umspritzen
wird das Werkzeugteil entfernt, wodurch in der Spritzmasse
eine Aussparung verbleibt, welche als Druckzuführung dient.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, daß der Stempel
gegen den Halbleiter-Druckaufnehmer oder den Montageabschnitt
des Leitungsgitters angedrückt werden muß. Beim Andrücken des
Stempels an den Halbleiter-Druckaufnehmer kann die Membran
des Halbleiterchips beschädigt werden. Beim Andrücken des
Stempels gegen den mit einem Druckkanal versehenen Montageab
schnitt des Leitungsgitters kann sich der Montageabschnitt
relativ zu den im Spritzwerkzeug festgelegten Kontaktab
schnitten bewegen, so daß zwischen dem Montageabschnitt und
dem Stempel ein Spalt entsteht, in den Spritzmasse eindringen
kann.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren mit dem kennzeichnenden
Merkmal des Anspruchs 1, werden die bekannten Nachteile ver
mieden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gelangt der
Stempel nicht an dem Halbleiter-Druckaufnehmer oder dem Mon
tageabschnitt zur Anlage, sondern wird im Spritzwerkzeug
durch einen Spalt von dem Halbleiter-Druckaufnehmer oder dem
Montageabschnitt beabstandet gehalten. Durch eine Änderung
der Temperatur des Stempels relativ zur Temperatur der ver
flüssigten Spritzmasse wird eine Verminderung der Fließei
genschaften der Spritzmasse im Bereich des Stempels herbei
geführt und dadurch zumindest ein vollständiges Eindringen
der Spritzmasse in den Spalt zwischen dem Stempel und dem
Halbleiter-Druckaufnehmer bzw. in den Spalt zwischen Stempel
und Montageabschnitt vermieden. Hierbei wird die Tempera
turabhängigkeit der Fließeigenschaften der Spritzmasse aus
genutzt. Beim Umspritzen des Halbleiter-Druckaufnehmers wer
den Spritzmassen verwandt, deren Fließfähigkeit stark von
der Temperatur abhängig ist. Durch eine Temperaturänderung
des Stempels kann die Fließfähigkeit der Spritzmasse im Be
reich des Stempels vermindert werden, so daß die Spritzmasse
nicht oder nur geringfügig in den Spalt eindringt. Vorteil
haft kann hierdurch eine Druckzuführung in dem Gehäuse von
Spritzmasse freigehalten werden, ohne daß im Spritzwerkzeug
die Membran des Halbleiter-Druckaufnehmers oder der Montage
abschnitt vom Stempel berührt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele der
Erfindung werden durch die Merkmale der Unteransprüche be
schrieben.
In einem ersten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, durch
eine Kühlung des Stempels die Viskosität der Spritzmasse im
Bereich des Stempels derart zu erhöhen, daß die Spritzmasse
nicht oder zumindest nicht vollständig in den Spalt ein
dringt.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird
durch eine Erwärmung des Stempels eine schnellere Vernetzung
und Aushärtung der Spritzmasse im Bereich des Stempels her
beigeführt, so daß die Spritzmasse nur geringfügig oder gar
nicht in den Spalt eindringen kann.
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 vor der Verein
zelung und vor dem Einlegen in das Spritzwerkzeug,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Drucksensor im Spritz
werkzeug,
Fig. 3 den fertigen Drucksensor aus Fig. 1,
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Drucksensor im Spritz
werkzeug für ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungs
gemäßen Verfahrens und
Fig. 5 den fertig hergestellten Drucksensor aus Fig. 3.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfah
rens wird anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Fig. 1 zeigt
ein Leitungsgitter 10, ein sogenanntes Leadframe. Das strei
fenförmige Leitungsgitter 10 kann beispielsweise durch Stan
zen und Biegen aus einem Blechstreifen oder in anderer Form
hergestellt werden 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
Fertigung im Nutzen möglich. Die Herstellung der Drucksenso
ren erfolgt vorzugsweise in einer automatisierten Linienfer
tigung. Jeder Bereich des Leitungsgitters zwischen den Trenn
linien L-L weist jeweils einen ebenen Montageabschnitt 12 zur
Aufbringung eines Halbleiter-Druckaufnehmers 2 auf. Wie in
Fig. 2 und Fig. 3 zu erkennen ist, umfaßt der Halbleiter-
Druckaufnehmer 2 einen Halbleiterchip 3, beispielsweise einen
Siliciumchip, in dessen Unterseite 21 eine Vertiefung 6 ein
gebracht ist. Ein Abschnitt des Halbleiterchips 3 mit vermin
derter Materialstärke oberhalb der Vertiefung 6 bildet eine
verformbare Membran 5. Der Halbleiterchip 3 ist mit der Un
terseite 21 auf einen Sockel 4 aufgebracht, beispielsweise
einen Glassockel oder Kunststoffsockel. Die Vertiefung 6 wird
von dem Sockel 4 hermetisch dicht verschlossen und bildet ei
nen Referenzraum für die Druckmessung. 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 der Aufbringung des Halblei
ter-Druckaufnehmers 2 auf den Abschnitt 12 des Leitungsgit
ters 10 wird der Halbleiterchip 3 über Bonddrähte 16 mit Kon
taktabschnitten 11 des Leitungsgitters 10 elektrisch verbun
den, wie in Fig. 1 dargestellt. Anschließend können die Kon
taktabschnitte durch Abschneiden oder Freistanzen der seitli
chen Querstege des Leitungsgitters und der Verbindungsstege
der Kontaktabschnitte 11 vereinzelt werden. Der Montageab
schnitt 12 kann nun, bedingt durch die elastische Spannkraft
der Bonddrähte 16, relativ zu den Kontaktabschnitten 11 be
wegt werden.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird ein mit einem Halbleiter-
Druckaufnehmer 3 versehenes Leitungsgitter 10 in ein Spritz
werkzeug 40 eingesetzt. Das Spritzwerkzeug 40 kann beispiels
weise zweiteilig mit einem Oberteil 41 und einem Unterteil 42
ausgebildet sein, wobei die Kontaktabschnitte 11 zwischen
Oberteil 41 und Unterteil eingeklemmt werden. Das Spritzwerk
zeug 40 weist einen Stempel 43 auf. Wie in Fig. 2 gezeigt,
wird der Stempel im Spritzwerkzeug über der Membran 5 des
Halbleiterchips 3 angeordnet, so daß die der Oberseite 20 zu
gewandte Stempelfläche durch einen Spalt 45 von der Oberseite
20 des Halbleiterchips 3 beabstandet ist. Die Spaltbreite des
Spaltes 45 kann beispielsweise 0,5 mm oder weniger betragen.
Anschließend wird der Halbleiter-Druckaufnehmer 2 in ein Ge
häuse 30 aus Spritzmasse in einem als Transferformen oder
"Transfer-Molding" bekannten Spritzpreßverfahren eingebettet.
Bei diesem Verfahren wird die Spritzmasse, beispielsweise ein
Duroplast, Epoxyd oder Thermoplast, zunächst verflüssigt und
anschließend in die Kammer mit dem Halbleiter-Druckaufnehmer
gespritzt bzw. gepreßt.
In einem ersten Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird durch Kühlen des Stempels die Temperatur des Stempels
stark unter die Temperatur der verflüssigten Spritzmasse ab
gesenkt. Der Stempel ist zu diesem Zweck mit einer Kühlvor
richtung verbunden. Hierdurch wird die Viskosität der Spritz
masse in der Umgebung des Stempels erhöht und deren Fließfä
higkeit vermindert. Die in der unmittelbaren Nachbarschaft zu
dem Stempel 43 befindliche Spritzmasse kann aufgrund ihrer
verminderten Fließfähigkeit nicht oder nur geringfügig in den
Spalt 45 eindringen. Allenfalls dringt die Spritzmasse in ei
nem ringförmigen Randbereich 29 in den Spalt 45 ein, gelangt
aber nicht auf die Membran 5. Nach der vollständigen Vernet
zung der Spritzmasse werden die Werkzeugteile von dem Druck
sensor entfernt. Der fertige Drucksensor 1 weist nun, wie in
Fig. 3 gezeigt, eine Aussparung 28 in dem Gehäuse 30 auf,
welche eine Druckzuführung für die Membran 5 des Halbleiter
chips 3 bildet. Die Kontaktabschnitte 11 können zuletzt noch
in die Form von Anschlußbeinchen gebogen werden.
In einem zweiten Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Stempel 43 stark über die Temperatur der flüssigen
Spritzmasse erwärmt. Der Stempel ist zu diesem Zweck mit ei
ner Heizvorrichtung verbunden. Als Spritzmasse wird ein Du
roplast verwandt, welches zunächst durch Druck- und Tempera
turerhöhung verflüssigt wird und im Spritzwerkzeug um den
Halbleiter-Druckaufnehmer gespritzt wird. Anschließend ver
netzt das flüssige Duroplast und härtet aus und bildet das
Gehäuse 30. Die Vernetzung ist dabei temperaturabhängig. Je
höher die Temperatur ist, desto schneller vernetzt die
Spritzmasse. Durch die Erwärmung des Stempels über die Tempe
ratur des verflüssigten Duroplastes wird erreicht, daß das
unmittelbar am Rand des Spaltes 45 befindliche Duroplast
schneller als in den anderen Bereichen des Spritzwerkzeuges
vernetzt und hart wird. Hierdurch bildet sich sehr schnell
ein Ring 29 aus ausgehärtetem Duroplast, der als Barriere
wirkt und ein weiteres Eindringen von noch flüssigen Du
roplast in den Spalt 45 verhindert.
In Fig. 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er
findung dargestellt, bei dem in den Sockel 4 des Halbleiter-
Druckaufnehmers 2 eine mit der Vertiefung 6 verbundene Aus
nehmung 25 eingebracht. Unterhalb des Sockels 4 ist eine wei
tere Ausnehmung 27 in dem Montageabschnitt 12 vorgesehen, die
mit der Ausnehmung 25 fluchtet. Durch die Ausnehmung 27 des
Montageabschnitts 12, die Ausnehmung 25 des Sockels 4 und die
Vertiefung 6 wird ein Druckkanal gebildet, durch den die Mem
bran 5 des Halbleiterchips 3 mit einem Druck beaufschlagbar
ist. Die Oberseite 20 des Halbleiterchips 3 ist in diesem
Beispiel mit einer Kappe oder einem Deckel 26 abgedeckt, wo
bei zwischen der Innenseite des Deckels 26 und der Oberseite
20 des Halbleiterchips 3 ein Hohlraum gebildet wird, welcher
als Referenzraum zur Druckmessung dient. Da bei diesem Bei
spiel die Druckzufuhr durch die Ausnehmung 27 des Montageab
schnittes 12 erfolgt, ist hier der Stempel 43 durch einen
Spalt 45 zu der von dem Halbleiter-Druckaufnehmer 2 abgewand
ten Seite 15 des Montageabschnittes 12 angeordnet und über
deckt die Ausnehmung 27. Im Übrigen wird wie oben beschrieben
verfahren, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Wie in Fig. 5 dargestellt, weist der fertig
hergestellte Drucksensor 1 eine Aussparung 28 auf, durch wel
che der aus der Aussparung 27, der Aussparung 25 und der Ver
tiefung 6 gebildete Druckkanal von außen frei zugänglich ist.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, bei dem
- - ein Halbleiter-Druckaufnehmer (2) auf einen Montageab schnitt (12) eines Leitungsgitters (10) aufgebracht wird,
- - der Halbleiter-Druckaufnehmer (2) mit Kontaktabschnitten (11) des Leitungsgitters (10) elektrisch verbunden wird,
- - das Leitungsgitter mit dem Halbleiter-Druckaufnehmer (2) in ein Spritzwerkzeug (40) eingesetzt wird,
- - und anschließend der Halbleiter-Druckaufnehmer (2) in dem Spritzwerkzeug (40) mit einem Gehäuse (30) aus Spritzmasse umgeben wird, wobei in dem Spritzwerkzeug (40) Mittel vor handen sind, durch welche eine Druckzuführung (28) für den Halbleiter-Druckaufnehmer (2) von der Umhüllung mit Spritz masse ausgespart wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
durch eine Kühlung des Stempels (43) die Viskosität der
Spritzmasse derart erhöht wird, daß die Spritzmasse zumin
dest nicht vollständig in den Spalt (45) eindringt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
durch eine Erwärmung des Stempels (43) eine schnellere Ver
netzung und Aushärtung der Spritzmasse im Bereich des Stem
pels (43) herbeigeführt wird und die Spritzmasse zumindest
nicht vollständig in den Spalt (45) eindringt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spritzmasse ein Duroplast ist.
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