DE3330975A1

DE3330975A1 - Verfahren und anordnung zur kapselung eines halbleiterbauelementes

Info

Publication number: DE3330975A1
Application number: DE19833330975
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Phys. 7424 Heroldstatt Klein
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-08-27
Filing date: 1983-08-27
Publication date: 1985-03-21

Description

fleschreibung
"Verfahren und Anordnung zur Kapselung eines Malbleiterbauelementes" Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Kapselung eines Halbleiterbauelements nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 9, Die Erfindung betrifft insbesondere die Kapselung eines ionensensitiven Feldeffekttransistors, der auch ISPET genannt wird. Ein ISFET ist ein Halbleiterbauelement, das zur Messung einer Ionenkonzentration verwendet wird, insbesondere in einer wässerigen Lösung. Dazu besitzt der ISFET ein sogenanntes ionensensitives Gate, das mit der Lösung in Berührung kommt. Bei einem derartigen Halbleiterbauelement besteht nun eine Schwierigkeit darin, eine Kapselung (Gehäuse) derart zu gestalten, daß lediglich das ionensensitve Gate mit der Lösung (Flüssigkeit) in Berührung kommt, während die übrigen Teile des ISFET, zB. die Bondstellen der Anschlußdrähte, vor der Lösung geschützt werden sollen, z.B. zur Vermeidung einer störender Korrosion. Zum Schutz von Halbleiterbauelementen, z.B. Dioden sowie Transistoren, ist es bekannt, diese allseitig mit einem Kunststoff zu umgeben, so daß lediglich mechanisch relativ robuste elektrische Anschlüsse aus dem entstandenen Kunststoff-Gehäuse herausragen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren, sowie eine gattungsgemäße Anordnung anzugeben, die es ermöglichen, in konstengünstiger Weise bei einer industriellen Massenfertigung ein ionensensitives Bauteil derart zu kapseln, daß eine mechanisch robuste sowie störungsunempfindliche Ionen-Meßsonde herstellbar wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 9 angegebenen Merkmale.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den U.nteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung. Es zeigen FIG. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungs beispiel FIG. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel Die FIG. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen als ionensensitive Bauteile jeweils zwei ionensensitive FeldeffekttrU nsistoren 10, 20 mit den zugehörigen ionensensitiven Gates 11, 21 in einem Gehäuse 30, z.B. einm rohrförmigen Kunststoffkörper, angebracht werden. Eine derartige Anordnung ist zweckmäßig, wenn die Konzentration von mehreren lonenarten gemessen werden soll und/oder wenn einer der Feldeffekttransistoren, die im folgenden ISFET genannt werden, als ionenunabhängige Bezugselektrode ausgebildet ist.
Gemäß FIG. 1 werden die ISFET's 10, 20 in Ausnehmungen gelegt, die an einer Stirnfläche des Gehäuses 30 vorhanden sind. Es ist zweckmäßig, die ISFET's dort zu befestigen, z.B. mit Hilfe eines Klebstoffes, der in den Ausnehmungen angebracht wurde oder durch Einrasten in eine Nut. Auf den ISFET's 10, 20 werden nun ringförmige Körper 41 angebracht, z.B. geklebt, die z.B. aus Kunststoff bestehen. Diese Körper 41 sind im Bereich des Randes der ionensensitiven Gates 11, 21 angebracht. Wird nun auf die ISFET's 10, 20 außerhalb der Körper 41 eine Vergußmasse 40, z.B. ein Kunststoff-Vergußmasse, aufgebracht, so entstehen geometrisch genau definierte Fenster 12, 22, durch welche die zu messende Flüssigkeit und/oder Lösung Zustritt zu den Gates 11, 21 hat, während die übrigen Bereiche der ISFETs 10, 20 vor der Lösung geschützt werden. Auf der Rückseite (Substrat) der ISFETs 10, 20 werden elektrische Verbindungsleitungen angebracht, die mit beispielhaft gewählten Steckerstiften 50 verbunden werden, die mit Hilfe einer Halteplatte an der zweiten Stirnflache des Gehäuses 30 befestigt sind.
Soll eine derartige Meßsonde druckfest ausgebildet werden, so ist es zweckmäßig, den Innenraum des Gehäuses 30 ebenfalls mit einer Vergußmasse auszufüllen, die druckbeständig und elektrisch nichtleitend und/oder leitend ist.
Zur Verhinderung unerwünschter elektrischer Aufladungen des Gehäuses 30, die z.B. bei einer strömenden Lösung entstehen können, ist es zweckmäßig, die Außenseite des Gehäuses 30 und/oder die Außenseite der Vergußmasse 40 elektrisch leitend auszubilden, z.B. durch Auftragen eines sogenannten Leitlackes oder Galvanisierung des Kunststoffs.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die erwünschte flüssigkeitsdichte sowie geometrisch definierte Abgrenzung zwischen dem Gate sowie dem übrigen Teil des ISFETs erreicht durch den ringförmigen Körper 41, der auch das Fenster 12 bestimmt. Diese Wirkung des Körpers 41 ist in vielfältiger Weise ersetzbar durch alternative Ausführungen. Beispielsweise kann zunächst um das Gate ein Wulst aus einem Kunststoff und/oder Klebstoff gegossen werden.
Nach dem Aushärten und/oder Abbinden bildet dieser Wulst eine Fließstopp für die Vergußmasse. Durch Ausbilden von geätzten Erhöhungen bzw. Vertiefungen auf dem Halbleiterchip, läßt sich ebenso eine Begrenzung der Vergußmasse erreichen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß Gate derart abzuschirmen, daß es nicht durch Vergußmasse bedeckt werden kann. Eine derartige Abschirmung ist möglich, z.B. durch einen Stempel, welcher das Gate abdeckt und an welchem die Vergußmasse nicht haftet. Ein solcher mechanischer Stempel ist alternativ ersetzbar z.B. durch einen lediglich auf das Gate gerichteten Luftstrom und/-oder durch einen lediglich auf das Gate aufgebrachten Schutzfilm, der nach dem Aushärten der Vergußmasse ablösbar ist, und/oder durch eine selektive Beleuchtung des Gates mit sogenannten aktinischen Licht, das eine sofortige Aushärtung der Vergußmasse bewirkt, sofern diese in den beleuchteten Bereich gelangt. Auf diese Weise bildet die Vergußmasse selbst einen Fließstopp, so daß ein definiertes Fenster entsteht. Weiterhin ist es möglich, zunächst das gesamte ionensensitive Bauteil einschließlich der ionensensitiven Fläche mit einer Vergußmasse zu vergießen und anschließend ein Fenster in die Vergußmasse einzuarbeiten, z.B. durch Ätzung mit einem Säurestrahl, dessen Querschnitt so ausgebildet ist, daß die Ätzung im wesentlichen im Bereich des Fensters stattfindet.
FIG. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Gehäuse 30 als topfförmiger Hohlkörper ausgebildet ist, der in seinem Boden mindestens eine Öffnung besitzt, welche den Fenstern 12, 22 entspricht. Die ISFETs 10, 20 sind derart an dem Gehäuse befestigt, z.B. geklebt, daß eine im wesentlichen flüssigkeitsdichte Abgrenzung zwischen den Fenstern 12, 22 und dem Gehäuse 30 entsteht.
Möglicherweise vergleibende Hohlräume innerhalb des Gehäuses 30 sind durch eine geeignet gewählte Vergußmasse 40 vergießbar. Die übrigen Bezugszeichen der FIG. 2 entsprechen denjenigen in der FIG. 1.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar, z.B. auf eine Meßsonde, diee innerhalb des Gehäuses bereits einen Teil einer Auswerteschaltung enthält, z.B.
einen Vorverstärker.
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Claims

Patentansprüche (1,. Verfahren zur Kapselung eines Halbleiterbauelements durch ein Gehäuse, das zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) als Halbleiterbauelement wird mindestens ein ionensensitives Bauteil (10, 20), verwendet, mit mindestens einer ionensensitiven Fläche (11, 21) b) in dem Gehäuse (30) wird mindestens ein Fenster (12, 22) angebracht, dessen Größe an die sensitive Fläche (11, 21) angepaßt wird c) mindestens ein ionensensitives Bauteil (10, 20) wird von dem Gehäuse (30) im wesentlichen flüssigkeitsdicht derart umschlossen,. daß lediglich durch das Fenster (12, 22) ein Flüssigkeitszutritt zu der ionensensitiven Fläche (11, 21) gewährleistet wird.
2. Verfahren zur Kapselung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) als zylinderförmiger Körper ausgebildet wird, an dessen Grundfläche mindestens ein ionensensitives Bauteil (10, 20) befestigt wird, und daß das Bauteil (10, 20) derart mit einer Vergußmasse (40) aus Kunststoff vergossen wird, daß im Bereich der ionensensitiven Fläche (11, 21) ein flüssigkeitsdurchlässiges Fenster (12, 22) entsteht..
3. Verfahren zur Kapselung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem ionensensitiven Bauteil (10, 20) zunächst ein die ionensensitive Fläche (11, 21) umgebender ringförmiger Körper (41) angebracht wird und das Bauteil (10, 20) anschließend außerhalb des Körpers (41) mit einer Vergußmasse (40) aus Kunststoff vergossen wird.
4. Verfahren zur Kapselung eines Halbleiterbauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Körper (41) als vorgeformtes Kunststoffteil ausgebildet wird, das durch einen Kleb- und/oder Schmelzvorgang auf dem Bauteil (10, 20) befestigt wird.
5. Verfahren zur Kapselung eines Halbleiterbauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Vergußmasse und/oder des Gehäuses (30) elektrisch leitfähig ausgebildet wird derart, daß eine elektrostatische und/oder elektromagnetische Abschirmung erreicht wird.
6. Verfahren zur Kapselung eines Halbleiterbauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ionensensitiven Bauteil (10, 20) abgewandte Seite des Gehäuses (30) als elektrischer Anschlußstekcer (50) und/oder als elektrischer Kabelanschluß ausgebildet wird.
7. Verfahren zur Kapselung eines Halbleiterkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ionensensitive Bauteil (10, 20) druckbeständig in dem Gehäuse (30) angebracht wird.
8. Verfahren zur Kapselung eines Halbleiterbauelements, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als ionensensitives Bauteil (10, 20) mindestens ein ionensensitiver Feldeffekttransistor verwendet wird.
9. Anordnung zur Kapselung eines Halbleiterbauelements durch ein Gehäuse, das zumindest teilweise aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) als topfförmiger Hohlkörper ausgebildet ist, in dessen Boden mindestens eine Öffnung vorhanden ist, deren Größe und/oder Form an die Fläche und/oder Form einer ionensensitiven Fläche (11, 21) von mindestens einem ionensensitiven Bauteil (10, 20) angepaßt ist, und daß das Bauteil (10, 20) innerhalb des Gehäuses (30) derart angebracht ist, daß die Öffnung einen im wesentlichen flüssigkeitsdichten Abschluß gegenüber der Fläche (11, 21) bildet (FIG. 2).
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäuse (30) mindestens eine Blende angebracht ist, die eine Lichteinwirkung auf die ionensensitive Fläche (11, 21) vermeidet.
11. Anordnung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (12, 22) und/oder die Blende und/oder das Gehäuse (30) derart ausgebildet sind, daß eine gezielte Anströmung der ionensensitiven Fläche (11, 21) möglich ist.