DE4040821A1 - Elektronisches bauelement und verfahren zu dessen aufbau - Google Patents
Elektronisches bauelement und verfahren zu dessen aufbauInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Bauelement nach der
Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, elektronische Bauele
mente mit einem Silizium-Chip, der auf einer Hauptoberfläche mit
elektronischen Schaltungselementen versehen ist, so aufzubauen, daß
der Silizium-Chip anodisch auf einen Glasträger gebondet wird und
diese Einheit aus Silizium-Chip und Glasträger auf ein mit Anschluß
stiften zur elektrischen Kontaktierung des Silizium-Chips versehenes
Gehäuse aufgebracht wird. Die elektrische Verbindung vom Silizium
Chip zu den Anschlußstiften des Gehäuses ist durch Bonddrähte reali
siert, was einen Verfahrensschritt beim Aufbau des elektronischen
Bauelementes erfordert.
Das erfindungsgemäße elektronische Bauelement mit den kennzeichnen
den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß
bei seiner Herstellung der Arbeitsschritt des Drahtbondens entfällt.
Vorteilhaft ist außerdem, daß bei dem erfindungsgemäßen Aufbau des
Bauelementes die mit elektronischen Schaltungselementen versehene
Hauptoberfläche des Silizium-Chips gegen äußere Einflüsse,
insbesondere den Angriff von aggressiven Medien, hermetisch abge
schlossen ist. Von Vorteil ist außerdem, daß durch die im Rastermaß
der Anschlußstifte des Gehäuses in den Glasträger eingebrachten
Durchgangslöcher auf einfache Weise eine justierte Montage des Glas
trägers bzw. des Silizium-Chips auf dem Gehäuse möglich ist. Das
Auffüllen der Durchgangslöcher mit einer leitfähigen Paste stellt
eine einfach zu handhabende Möglichkeit der elektrischen Kontaktie
rung zwischen dem Silizium-Chip und den Anschlußstiften des Gehäuses
dar.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen elektro
nischen Bauelementes möglich. Der erfindungsgemäße Aufbau des elek
tronischen Bauelementes ist insbesondere für Silizium-Chips mit mi
kromechanischen Strukturelementen von Vorteil. Beispielsweise zur
Druckmessung mittels eines Silizium-Sensorchips, aus dem eine mikro
mechanische Membran herausstrukturiert ist, und auf den an den Stel
len maximaler Dehnung in den Außenbereichen der Membran Widerstände
in die Hauptoberfläche des Silizium-Sensorchips eingebracht sind,
erweist sich der erfindungsgemäße Aufbau des Bauelementes als beson
ders vorteilhaft. Durch die Face-Down-Montage des Sensorchips ist
nicht nur die aktive Sensorseite hermetisch abgeschlossen, vorteil
haft ist zusätzlich, daß die Druckeinwirkung so erfolgt, daß alle
Verbindungen (Sensorchip-Glasträger-Metallgehäuse) gleichmäßig mit
Druckkräften beaufschlagt werden. Insbesondere in höheren Druckbe
reichen ist damit ein Abreißen des Sensorchips vom Gehäuse ausge
schlossen. Ein weiterer Vorteil dieses Aufbaus ist, daß durch eine
spezielle Strukturierung des Glasträgers im Bereich der Sensormem
bran eine Überlastsicherung des Drucksensors erzeugt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge
stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigt die
Fig. 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen elektronischen
Bauelements zur Druckmessung und
Fig. 2 im Gegensatz dazu, den Auf
bau eines elektronischen Bauelementes zur Druckmessung entsprechend
dem Stand der Technik.
In Fig. 1 ist mit 10 ein Sensorchip bezeichnet, der aus monokri
stallinem Silizium gefertigt ist. Aus dem Sensorchip 10 ist eine
Membran 11 strukturiert. In die Oberfläche des Sensorchips 10, in
der die Membran 11 ausgebildet ist, sind im Außenbereich der Membran
11 Sensorwiderstände, beispielsweise durch Diffusion, eingebracht.
Zur Kontaktierung der Sensorwiderstände 12 sind auf der Hauptober
fläche Leiterbahnen 14 angeordnet, die von den Sensorwiderständen 12
wegführen. Die Leiterbahnen können ebenfalls in die Hauptoberfläche
eindiffundiert sein oder auch auf die Hauptoberfläche aufgedampft
oder -gesputtert sein. Der Sensorchip 10 ist mit seiner Hauptober
fläche gegen einen Glasträger 15 gebondet, der vorzugsweise aus
PYREX-Glas besteht. Aus dem Glasträger 15 ist im Bereich der Membran
11 eine Ausnehmung 16 strukturiert. Der Glasträger 15 weist ferner
Durchgangslöcher auf, die mit einer leitfähigen Paste 21, vorzugs
weise einer Silberleitpaste, in den dem Sensorchip 10 zugewandten
Bereichen ausgefüllt sind. Der Glasträger 15 ist auf ein Gehäuse 17,
vorzugsweise ein Metallgehäuse, aufgebracht, das mit Anschlußstiften
18 zur elektrischen Kontaktierung des Sensorchips 10 versehen ist.
Die Durchgangslöcher in dem Glasträger 15 sind so angeordnet, daß
die Anschlußstifte 18 des Metallgehäuses 17 in die Durchgangslöcher
hineinragen. Die Leiterbahnen 14 auf der Hauptoberfläche des Sensor
chips 10 sind so angeordnet, daß sie zusammen mit der leitfähigen
Paste 21 in den Durchgangsöffnungen im Glasträger 15 eine elek
trische Verbindung zwischen den Sensorwiderständen 12 und den
Anschlußstiften 18 des Metallgehäuses 17 herstellen. Die Druck
zuführung erfolgt bei dem in Fig. 1 dargestellten elektronischen
Bauelement zur Druckmessung von oben. Dabei wird die Membran 11 des
Sensorchips 10 senkrecht zum Glasträger hin ausgelenkt, was auch in
Richtung des Glasträgers 15 durch die Ausnehmung 16 möglich ist. Je
nach Tiefe der Ausnehmung 16 kann der Glasträger 15 auch als Über
lastsicherung für den Sensorchip 10 dienen. Die aktive Seite des
Sensorchips, nämlich die Hauptoberfläche, in der mikromechanische
Strukturelemente ausgebildet sind und auf der elektronische
Schaltungselemente und Leiterbahnen angeordnet sind, ist hermetisch
gegen äußere Einflüsse abgeschlossen und so gegen den Angriff von
aggressiven Medien, wie sie beispielsweise bei einem Einsatz im
Kraftfahrzeug auftreten, geschützt. Durch die spezielle Anordnung
(Face-Down) des Sensorchips ist das Abreißen des Sensorchips vom
Gehäuse auch bei höheren Druckeinwirkungen ausgeschlossen. Bei dem
in Fig. 1 dargestellten Aufbau eines elektronischen Bauelementes
wird die elektrische Verbindung zwischen Siliziumchip und Gehäuse
anschlußstiften durch leitfähige Pasten hergestellt, d. h. ein auf
wendiger Bondprozeß ist nicht notwendig.
In Fig. 2 ist der Aufbau eines elektronischen Bauelementes zur
Druckmessung entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten elektro
nischen Bauelement mit einem Aufbau entsprechend dem Stand der
Technik dargestellt. Ein Sensorchip 10 mit einer Membran 11, Sensor
widerständen 12 und Leiterbahnen 14 ist mit seiner passiven Seite
gegen einen Glasträger 15 gebondet. Der Glasträger 15 ist auf ein
Metallgehäuse 17 mit Anschlußstiften 18 aufgebracht, beispielsweise
geklebt oder gelötet. Die Verbindung zwischen dem Sensorchip 10 und
den Anschlußstiften 18 des Metallgehäuses 17 wird hier über Bond
drähte 20 hergestellt, die von auf dem Sensorchip 10 angeordneten
Bondpads 13 ausgehen, wobei die Leiterbahnen 14 so angeordnet sind,
daß sie eine Verbindung zwischen den Sensorwiderständen 12 und den
Bondpads 13 herstellen. Dieser Aufbau erfordert einen im Gegensatz
zum in Fig. 1 dargestellten Aufbau zusätzlichen Drahtbond-Arbeits
schritt. Ferner sind die aktiven Teile des Sensorchips, d. h. die
Membran, die Sensorwiderstände, die Leiterbahnen sowie die elek
trischen Verbindungen zwischen dem Sensorchip und den Anschluß
stiften des Metallgehäuses äußeren Einflüssen ausgesetzt, was die
Störanfälligkeit des Bauelementes wesentlich erhöht.
Claims (9)
1. Elektronisches Bauelement mit mindestens einem Silizium-Chip, der
auf mindestens einer Hauptoberfläche mit elektronischen Schaltungs
elementen versehen ist und auf einen Glasträger als Verbindungs
schicht gebondet ist, wobei der mindestens eine Silizium-Chip
zusammen mit dem Glasträger eine Einheit bildet, die auf ein Gehäuse
mit Anschlußstiften zur elektrischen Kontaktierung des Silizium-Chips
aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Silizium-Chip (10) mit der mit elektronischen Schaltungs elementen (12, 14) versehenen Hauptoberfläche auf den Glasträger (15) gebondet ist,
- - daß der Glasträger (15) im Rastermaß der Anschlußstifte (18) des Gehäuses (17) Durchgangslöcher aufweist, in die die Anschluß stifte (18) hineinragen
- - und daß die Durchgangslöcher mit einer leitfähigen Paste (21) aufgefüllt sind, so daß die leitfähige Paste (21) den elektri schen Kontakt zwischen dem Silizium-Chip (10) und den Anschluß stiften (18) des Gehäuses (17) herstellt.
2. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Glasträger (15) auf das Gehäuse (17) geklebt oder
gelötet ist.
3. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Durchgangslöcher in dem Glasträger gebohrt
oder geätzt sind.
4. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Paste (21) eine Sil
berleitpaste ist.
5. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasträger (15) strukturiert
ist.
6. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Silizium-Chip (10) mikromecha
nische Strukturelemente (11) aufweist.
7. Elektronisches Bauelement zur Druckmessung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- - daß aus dem Silizium-Chip (10) eine mikromechanische Membran (11) herausstrukturiert ist,
- - daß an den Stellen maximaler Dehnung in den Außenbereichen der Membran (11) Widerstände (12) in die Hauptoberfläche des Sili zium-Chips (10) eingebracht sind,
- - daß zur Kontaktierung der Widerstände (12) Leiterbahnen (14) auf die Hauptoberfläche des Silizium-Chips (10) aufgebracht sind
- - daß der Glasträger (15) im Bereich der Membran (11) eine Ausneh mung (16) aufweist
- - und daß die Druckzuführung auf der dem Gehäuse (17) abgewandten Seite des Silizium-Chips (10) angeordnet ist.
8. Verfahren zum Aufbau eines elektronisches Bauelementes mit
mindestens einem Silizium-Chip, der auf mindestens einer Haupt
oberfläche mit elektronischen Schaltungselementen versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß in einen Glasträger (15) im Rastermaß der Anschlußstifte (18) eines Gehäuses (17) Durchgangslöcher eingebracht werden,
- - daß der Silizium-Chip (10) mit der mit elektronischen Schaltungs elementen (12, 14) versehenen Hauptoberfläche auf den Glasträger (15) gebondet wird,
- - daß in die Durchgangslöcher eine leitfähige Paste (21) einge bracht wird
- - und daß der Glasträger (15) mit dem Silizium-Chip (10) so auf das Gehäuse (17) aufgebracht wird, daß die Anschlußstifte (18) in die Durchgangslöcher hineinragen.
9. Verfahren zum Aufbau eines Sensorelementes zur Druckmessung nach
Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
- - daß aus einem Silizium-Chip (10) eine mikromechanische Membran (11) herausstrukturiert wird,
- - daß an den Stellen maximaler Dehnung in den Außenbereichen der Membran (11) Widerstände in die Hauptoberfläche des Silizium-Chips (10) eingebracht werden,
- - daß zur Kontaktierung der Widerstände (12) Leiterbahnen (14) auf die Hauptoberfläche des Silizium-Chips (10) aufgebracht werden, und
- - daß in die Oberfläche des Glasträgers (15), auf die der Silizium-Chip (10) gebondet wird, im Bereich der Membran (11) eine Ausnehmung eingebracht wird.
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