DE4219575C2 - Verfahren zur Herstellung einer formverkapselten Drucksensor-Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer formverkapselten Drucksensor-Halbleitervorrichtung

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer formverkapselten Drucksensor- Halbleitervorrichtung, insbesondere einer solchen, welche mit einem Formkunststoffmaterial auf dichte Weise verkapselt ist.
Aus der US 45 50 612 ist ein beispielhafter integrierter Drucksensor dargestellt, bei dem der eine Membran aufweisende Sensor-Chip auf einem Pyrex-Glasblock befestigt ist.
Aus der DE 33 30 975 A1 ist ein Verfahren zur Verkapselung eines Halbleiterbauelementes mit einem ionensensitiven Bauteil bekannt geworden. Zur Freilegung der ionensensitiven Fläche des ionensensitiven Bauteiles wird, nachdem der Sensor-Chip zunächst vollständig mit Vergußmasse vergossen wurde, ein Fenster in die Vergußmasse eingearbeitet, vorzugsweise durch Ätzung mit einem Säurestrahl, dessen Querschnitt so ausgebildet ist, daß die Ätzung im wesentlichen im Bereich des Fensters stattfindet.
Aus der DE 38 20 348 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für einen Sensor und Katheter mit Sensorgehäuse bekannt geworden, bei dem ein speziell geformtes Spritzgußwerkzeug mit einer der gewünschten Gehäuseform entsprechenden Formhöhlung verwendet wird.
Als Verkapselung für eine formschlüssig abgedichtete Drucksensor-Halbleitervorrichtung sind in der Halbleiterin­ dustrie eine Metallverkapselung und eine aus Formkunststoff gebildete Hohl- bzw. Gußkunststoffverkapselung geläufig. Der Vorteil bei den Metallverkapselungen liegt hauptsächlich darin, daß sie eine ausgezeichnete Lebensdauer auch bei un­ günstigen äußeren Bedingungen aufweisen, während die Guß­ kunstoffverkapselungen trotz der geringeren Zuverlässigkeit bei ungünstigen Umgebungsbedingungen kostengünstiger sind. Die Gußkunststoffverkapselungen werden unter der Vorausset­ zung verwendet, daß der Drucksensor einer Halbleitervorrich­ tung bei relativ sauberen Meßbedingungen bei der Erfassung von atmosphärischen und anderen Drücken betrieben wird. So­ mit spielt die Kostengünstigkeit der Gußkunststoffverkapse­ lungen als Ursache für die weite Verbreitung eine größere Rolle als die Zuverlässigkeit der Vorrichtung gegenüber äußeren Störungen. Dennoch sind die Nachteile hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Vorrichtung weiterhin als Problem zu sehen, insbesondere im Zusammenhang mit der Verdrahtung mit dünnen Bonddrähten, typischerweise Gold und Aluminium, wel­ che ein inneres Element (z. B. ein Sensorelement) mit exter­ nen Leitungen, die nicht vergossen sind, verbinden.
Neben diesen Hohlkunststoffverkapselungen gibt es noch Form­ verkapselungen, die ebenfalls in der IC-Industrie weit ver­ breitet sind. Während die Formverkapselungen eine verbes­ serte Zuverlässigkeit der Bonddrähte ermöglichen, bedarf die Formtechnik einer Verbesserung, da der den Druck aufnehmende Teil der Vorrichtung, welcher im folgenden der Einfachheit halber Siliziummembran genannt wird, unvergossen verbleiben muß. Um ein Fliegen des Formharzes in die Siliziummembran zu verhindern, sind bei der Bestimmung der Konfiguration einer Metallform und der Struktur des Sensorelementes geeignete Vorüberlegungen für die Verkapselung anzustellen.
Bei sämtlichen Verbesserungsversuchen der Gehäuseverkapse­ lungen insbesondere bei einer formverkapselten Halbleiter­ vorrichtung zur Druckaufnahme ergeben sich eine Anzahl von Schwierigkeiten. Beispielsweise beeinflußt eine solche Ver­ besserung die Entwurfsvereinfachung der Metallform in nach­ teiliger Weise. Vor etliche Schwierigkeiten sieht man sich auch wegen der außerordentlichen Kleinheit der Druckaufnahmeoberfläche des Sensorelementes gestellt, wobei es nahezu unmöglich ist, ein Fliegen des Formharzes in die Druckaufnahmeoberfläche vollständig zu verhindern. Diese Schwierigkeiten führten letztlich dazu, daß formverkapselte Drucksensor-Halbleitervorrichtungen keiner weiten Verbrei­ tung zugeführt werden konnten. Bislang konnten solche an sich kostengünstige formverkapselte Drucksensor-Halbleiter­ vorrichtungen, die auch bei äußerst ungünstigen äußeren Be­ dingungen relativ zuverlässig sind, nicht hergestellt wer­ den.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer formverkapselten Drucksensor-Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stel­ len, welche eine kostengünstige Herstellung einer solchen Drucksensor- Halbleitervorrichtung, die auch bei ungünstigen äußeren Bedingungen zuverlässig arbeitet, ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und 12.
Eine formverkapselte Drucksensor-Halbleitervorrichtung weist ein Drucksensore­ lement mit einer Membran und eine Formharzverkapselung zum Verkapseln des Drucksensorelementes auf, wobei die Formharz­ verkapselung ein Fenster aufweist, durch das die Membran freiliegt.
Vorzugsweise weist das Drucksensorelement einen Pyrex-Glas­ block auf, wobei der Drucksensor-Chip auf dem Pyrex-Glas­ block befestigt ist.
Vorzugsweise ist die Formharzverkapselung aus Epoxidharz ge­ bildet.
Somit wird bei der Halbleitervorrichtung das Drucksensorelement durch die Formharz­ verkapselung überall außer bei dem Fenster verkapselt, durch welches die Membran freiliegt. Dadurch ergibt sich eine ge­ naue Übertragung des Druckes auf die Membran, und damit die Gewährleistung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung auch bei ungünstigen äußeren Bedingungen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Ver­ fahren zur Herstellung einer formverkapselten Drucksensor- Halbleitervorrichtung. Das Verfahren weist die Schritte auf (a) Vorbereiten eines Drucksensorelementes, welches eine Membran aufweist, (b) vollständiges Bedecken des Drucksenso­ relementes mit einem Formharz, so daß das Drucksensorelement vollständig verkapselt ist, und (c) Entfernen des Formharzes bei einem Abschnitt oberhalb der Membran, wodurch ein Fen­ ster gebildet wird, durch das die Membran freiliegt, durch die Schritte:
  • (c-1) mechanisches Entfernen des Abschnittes des Formharzes oberhalb der Membran etwa zur Hälfte derart, daß die Membran noch mit Formharz bedeckt ist, und
  • (c-2) vollständiges Entfernen des oberhalb der Membran verbleibenden Formharzes durch ein chemisches Verfahren, wodurch ein Fenster gebildet wird, durch das die Membran freiliegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens enthält der Schritt (b) die Schritte (b-1) Vorbereiten einer Metallform, welche einen Hohlraum aufweist, (b-2) Einsetzen des Druck­ sensorelementes in den Hohlraum der Metallform, (b-3) Ein­ führen des Formharzes in den Hohlraum, dadurch Verkapseln des Drucksensorelementes, und (b-4) Herausnehmen des derart verkapselten Drucksensorelementes aus dem Hohlraum der Me­ tallform.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist bei dem Schritt (b-3) bevorzugterweise vorgesehen, daß das Formharz in den Hohlraum bei einem derartigen Einführdruck eingeführt wird, daß die Membran durch den Einführdruck des Formharzes nicht zerstört wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren ferner die Schritte auf (d) Vorbereiten einer Zuführung und (e) Drahtbonden des Drucksensorelementes und der Zuführung mit einem Bonddraht. Der Bonddraht wird bevorzugtermaßen mit dem Formharz bei dem Schritt (b) verkapselt.
Des weiteren weist der Schritt (c-1) vor­ zugsweise den Schritt auf (c-1-1) Einspritzen eines Schleif­ mittels auf das Formharz bei dem Bereich oberhalb der Mem­ bran. Auf ferner bevorzugte Weise wird das Formharz durch ein Sandstrahlverfahren poliert.
Alternativ weist der Schritt (c-1) bei der weiteren Ausfüh­ rungsform den Schritt auf (c-1-1) Abtragen des Abschnittes des Formharzes oberhalb der Membran. Vorzugsweise geschieht das Abtragen des Formharzes mit einer Schleifeinrichtung.
Bei der weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt (c-2) vorzugsweise den Schritt auf (c-2-1) vollstän­ diges Auflösen des Formharzes bei dem Abschnitt oberhalb der Membran und Freilegen der Membran.
Bevorzugterweise weist der Schritt (c-2-1) die Schritte auf: vollständiges Auflösen des Formharzes bei dem Abschnitt oberhalb der Membran mit wenigen Tropfen einer rauchenden Nitridsäure und Freilegen der Membran, daran anschließend Reinigen der Membran in Wasser, daran anschließend Dehydrie­ rung der Membran, und daran anschließend Trocknen der Mem­ bran. Die Membran wird bei dem Schritt der Dehydrierung bevorzugterweise unter Verwendung von Ethanol dehydriert.
Bei der weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt (b) bevorzugterweise den Schritt auf (b-1) Verkapseln des Drucksensorelementes auf eine Weise derart, daß das Formharz eine geringere Dicke bei einem Abschnitt oberhalb der Membran aufweist als bei anderen Abschnitten.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt (b-1) die Schritte auf: (b-1-1) Vorbereiten einer Metallform mit einem Hohlraum, welche definiert ist durch eine innere Oberfläche mit einer Ausbuchtung, welche der Membran entspricht, (b-1-2) Einsetzen des Drucksensorele­ ments in den Hohlraum der Metallform derart, daß die Membran auf der gegenüberliegenden Seite der Ausbuchtung angeordnet ist, (b-1-3) Einbringen des Formharzes in den Hohlraum und Verkapseln des Drucksensorelementes, wodurch das verkapselte Drucksensorelement eine Vertiefung bei einem Abschnitt auf­ weist, der durch die Ausbuchtung eingenommen wird, und (b-1- 4) daran anschließend Herausnehmen des nunmehr verkapselten Drucksensorelementes aus der Metallform.
Bei dem Schritt (b-1-3) wird das Formharz bevorzugtermaßen in den Hohlraum unter einem solchen Druck eingesetzt, daß die Membran durch den Einführungsdruck des Formharzes nicht zerstört wird.
Bei der weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt (c) den Schritt auf (c-1) chemisches Enfernen von Formharz, welches bei einem Boden der Vertiefung verbleibt und Freilegen der Membran. Der Schritt (c-1) weist bevorzug­ termaßen den Schritt auf (c-1-1) Auflösen und Entfernen des Formharzes, welches immer noch bei einem Boden der Vertie­ fung verbleibt.
Auf weiterhin bevorzugte Weise weist der Schritt (c-1-1) die Schritte auf: Auflösen von Formharz, welches bei dem Boden der Vertiefung verbleibt, mit wenigen Tropfen einer rauchen­ den Nitridsäure und Freilegen der Membran, daran anschließend Reinigen der Membran in Wasser, daran an­ schließend Dehydrieren der Membran, und daran anschließend Trocknen der Membran.
Bei der weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Mem­ bran bevorzugtermaßen unter Verwendung von Ethanol dehy­ driert.
Somit enthält das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegen­ den Erfindung die Schritte der vollständigen Verkapselung des Drucksensorelementes mit Formharz, und lokales Entfernen des Formharzes oberhalb der Membran, und Ausbilden eines Fensters, durch das die Membran freiliegt. Somit ist es nicht notwendig, die Metallform genauestens so zu entwerfen, daß ein Fließen des Formharzes in die Membran verhindert wird. Es wird auch keine Verbesserung in der Struktur des Drucksensorelementes benötigt. Dadurch wird der gesamte Herstellungsprozeß vereinfacht und die Herstellungskosten verringert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer formver­ kapselten Drucksensor-Halbleitervorrichtung ent­ sprechend einem ersten bevorzugten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 bis 4 schematische Schnittansichten einer form­ verkapselten Drucksensor-Halbleitervorrichtung entsprechend einem zweiten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 und 6 schematische Schnittansichten einer form­ verkapselten Drucksensor-Halbleitervorrichtung entsprechend einem dritten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Harz­ formverfahrens einer formverkapselten Drucksensor-Halb­ leitervorrichtung entsprechend einem ersten bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 1 ist ein Drucksensor-Chip 2 auf einem aus Pyrex-Glas herge­ stellten Glasblock 1 befestigt, wodurch ein Drucksensorele­ ment 50 gebildet ist. Der Pyrex-Glasblock 1 ist mit einem Chip-Bondharz 3 mit einem Chip-Bondanschluß 4 gebondet. Auf dem Drucksensor-Chip 2 ist ein Dammharz 6 derart vorgesehen, daß eine Ausrichtung über den Umfang einer Membran 5 des Drucksensor-Chips 2 erfolgt. Das Dammharz 6 wird gegen den Drucksensor-Chip 2 mittels einem Druckstempel gedrückt, wel­ cher in einer Öffnung 12 eingesetzt ist, die sich in einer oberen Metallform (bzw. Formoberteil) 10a befindet. Der Drucksensor-Chip 2 ist über einen Golddraht 8 mit einem Zu­ führungsrahmen 9 verbunden. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird die gesamte Struktur durch Übertragen eines Ep­ oxydharzes 11 in die obere Metallform 10a und eine untere Metallform (bzw. einem Formunterteil) 10b, welcher als eine Metallform ausgebildet ist, verkapselt. Aufgrund der Bloc­ kierung durch das Dammharz 6 kann das Epoxydharz 11 nicht in einen Raum oberhalb der Membran 5 fliegen. Somit weist die formverkapselte Drucksensor-Halbleitervorrichtung ein Fen­ ster auf, welches lediglich bei dem Druckempfangsteil ge­ bildet ist.
Dieses Herstellungsverfahren besitzt jedoch den folgenden Nachteil. Die Membran 5, die sehr dünn ist und damit zer­ brechlich ist, kann leicht aufgrund des Druckes des Druck­ stempels 7 zerstört werden. Desweiteren ist wegen der außer­ ordentlichen Kleinheit der Membran 5 die genaue Ausrichtung des Dammharzes 6 an der Außenseite der Membran 5 außeror­ dentlich schwierig durchzuführen.
Im folgenden wird eine formverkapselte Drucksensor-Halblei­ tervorrichtung erläutert, die diese Nachteile nicht auf­ weist. Die Fig. 2 bis 4 zeigen in schematischen Schnittan­ sichten Verfahrensschritte zur Herstellung einer formverkap­ selten Drucksensor-Halbleitervorrichtung entsprechend einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung. Der Prozeßablauf beginnt mit dem Bonden eines Drucksensorelementes 50 an den Chip-Bondanschluß 4 eines Zu­ führungsrahmens durch ein Chip-Bondharz 3, wobei der Zufüh­ rungsrahmen aus einer Eisen-NickeI-Legierung besteht und etwa 0,25 mm dick ist. Das Drucksensorelement 50 wird durch Anodenverbinden eines Drucksensor-Chips 2 mit einem aus Py­ rex-Glas bestehenden Glasblock 1 ausgebildet, so daß ein Va­ kuumhohlraum 60 vorgesehen ist, der als Bezugsdruckkammer dient. Nach Befestigung mit dem Chipbondanschluß 4 wird das Drucksensorelement 50 mit einer inneren Zuführung 70 des Zu­ führungsrahmens mit einem Golddraht 8 gebondet.
Als nächstes wird das Drucksensorelement 50 vollständig mit einem Epoxydharz auf an sich bekannte Weise verkapselt (Fig. 2). D.h., es wird wie bei der herkömmlichen Herstellung von ICs der nunmehr das Drucksensorelement 50 tragende Zu­ führungsrahmen in eine Metallform eingesetzt, und daran an­ schließend wird Epoxydharz 11 in den Hohlraum der Metallform eingegossen. Der Druck des eingeführten Epoxydharzes 11 muß dabei so eingestellt sein, daß die Membran 5 nicht zerstört wird. Nach diesem Schritt wird das Epoxydharz 11 ausgehär­ tet. Die mechanische Spannung des Epoxydharzes 11 fällt wunschgemäß in einen bestimmten niedrigen Bereich (sogenann­ tes "super low stress" Harz), bei dem die Membran 5 nicht durch die mechanische Spannung des Formharzes zerstört wird. Bei diesem Vorgang wird das Epoxydharz 11 derart übertragen, daß das Drucksensorelement 50 bedeckt ist, einschließlich bei einer Fläche oberhalb der Membran 5. Nach dem Lösen der oberen Metallform 10a und der unteren Metallform 10b erhält man das Drucksensorelement 50, welches vollständig mit dem Epoxydharz 11 auf jeder Oberfläche einschließlich der Fläche direkt oberhalb der Membran 5 bedeckt ist. Da es die überall vorhandene Verkapselung unmöglich macht, daß eine Drucküber­ tragung an die Membran 5 stattfindet und dadurch das Druck­ sensorelement 50 als Druckerfassungsvorrichtung arbeitet, wird ein Fenster wie folgt in dieser verkapselten Struktur gebildet.
Zuerst wird das Epoxydharz 11 auf mechanische Weise bei der Fläche oberhalb der Membran 5 bei einem Durchmesser von etwa 1 bis 2 mm und einer Tiefe bis zu einem bestimmten Abstand von der Membran 5 entfernt. Als Verfahren für diese lokale Entfernung des Epoxydharzes 11 kann ein Sandstrahlverfahren (Einspritzen eines Schleifmittels auf das Formharz und Wegpolieren des Formharzes) oder ein Schleifverfahren (Schleifen des Formharzes mittels einer Schleifmaschine) verwendet werden, wobei das Sandstrahlverfahren und das Schleifverfahren jeweils an sich bekannte Verfahren zur Aus­ bildung einer Öffnung bei einem kunststoffverkapselten IC für die nachträgliche Untersuchung und Analyse von Vorrich­ tungseigenschaften darstellen. Nach der groben Entfernung des Epoxydharzes 11 bei der Fläche oberhalb der Membran 5 wird eine Vertiefung 13 bei dieser Fläche gebildet, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wobei verbleibendes Epoxydharz 11 in der bodenseitigen Fläche der Vertiefung 13 chemisch mit wenigen Tropfen einer rauchenden Nitridsäure aufgelöst wer­ den. Das Verfahren zur Auflösung des Epoxydharzes mit rau­ chender Nitridsäure ist ebenfalls ein bekanntes Verfahren zur Bildung eine Fensters Öffnung in einem kunststoffverkap­ selten IC für die Analyse des ICs.
Bei der Freilegung der Oberfläche der Membran 5 durch Auflö­ sen des Epoxydharzes 11 wird die verkapselte Struktur in Wasser zur Entfernung der rauchenden Nitridsäure gereinigt. Die ausreichend in Wasser gereinigte verkapselte Struktur wird anschließend bei der Membran 5 mit Ethanol 5 dehy­ driert. Nach der Trocknung der Struktur in einem Ofen wird eine formverkapselte Drucksensor-Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 4 erhalten. Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, verbleibt kein Epoxydharz 11 auf der Membran 5, so daß nunmehr der Druck auf genaue Weise an die Membran 5 übertragen werden kann und damit die ordnungsgemäße Betriebsweise der Halblei­ tervorrichtung als Drucksensor-Vorrichtung gewährleistet ist.
Die Fig. 5 und 6 zeigen in schematischen Schnittansichten Verfahrensschritte der Herstellung einer formverkapselten Drucksensor-Halbleitervorrichtung entsprechend einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die formverkapselte Drucksensor-Halbleitervorrichtung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels ist bezüglich der Struktur der Metallform verbessert, welche eine obere Me­ tallform 10a und eine untere Metallform 10b aufweist. Insbe­ sondere weist die obere Metallform 10a eine Ausbuchtung 14 auf, die der Membran 5 gegenüberliegt. Ein Zuführungsrahmen, an den das Drucksensorelement 50 befestigt ist, wird in die obere und die untere Metallform 10a und 10b als ein Kombina­ tionsstück derart eingesetzt, daß sich die Membran 5 und die Ausbuchtung 14 gegenüberstehen. Daran anschließend wird Ep­ oxydharz 11 in den Hohlraum der Metallform eingegeben, um das Drucksensorelement 50 zu verkapseln. Die sich daraus er­ gebende Struktur weist eine Vertiefung 13 in dem Epoxydharz 11 oberhalb der Membran 5 auf (Fig. 6). Somit ist die daraus resultierende Struktur im wesentlichen äquivalent zu der Struktur gemäß Fig. 3. Aufgrund des Einfüllens des Harzes in die Metallform ist die bodenseitige Oberfläche der Vertie­ fung 13 glatter als die bodenseitige Oberfläche der entspre­ chenden Vertiefung gemäß Fig. 3. Verbleibendes Epoxydharz 11 in der Vertiefung 13 wird anschließend auf ähnliche Weise wie bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel durch chemische Auflösung entfernt. Die formverkapselte Drucksen­ sor-Halbleitervorrichtung ist somit vervollständigt und im Aufbau ähnlich zu der Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 4.
Bei dem dritten (und auch zweiten) bevorzugten Ausführungs­ beispiel wird der chemische Entfernungsschritt nicht nach­ teilig beeinflußt, auch falls die Dicke des auf der Membran 5 nach der lokalen Entfernung verbleibenden Epoxydharzes 11 nicht wie gewünscht auf präzise Weise eingestellt ist. Somit ist eine extrem genaue Definierung der Tiefe der in der obe­ ren Metallform 10a gebildeten Ausbuchtung 14 nicht notwen­ dig. In anderen Worten, die obere Metallform 10a kann auf dieselbe einfache Weise wie bei einer herkömmlichen Metall­ form anwenderspezifisch gebildet werden.
Folglich wird bei den zweiten und dritten bevorzugten Aus­ führungsbeispielen keine Metallform mit miniziöser Entwurfs­ genauigkeit benötigt. Desweiteren benötigt im Unterschied zum ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel das Drucksensor­ element 50 keine Verbesserungen wie beispielsweise die ge­ naue Kontrolle des Druckes des Druckstempels 7 und die ge­ naue Ausrichtung des Dammharzes 6 an der Peripherie der Mem­ bran 5. Hinsichtlich der Vereinfachung der Herstellung und der Verringerung der Gesamtkosten weisen die zweiten und dritten bevorzugten Ausführungsbeispiele gegenüber dem er­ sten bevorzugten Ausführungsbeispiel Vorteile auf.
Die vorstehend dargestellten formverkapselten Drucksensor- Halbleitervorrichtungen werden somit mit einem Epoxydharz 11 außer bei der Membran 5 kunststoffverkapselt. Somit sind die Drucksensor-Halbleitervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung unter den gewöhnlichen Meßbedingungen recht zuver­ lässig, obwohl diese weniger hermetisch als die metallver­ kapselten Vorrichtungen abgeschlossen sind.

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung einer formverkapselten Drucksensor-Halbleitervorrichtung, welches die Schritte aufweist:
  • a) Vorbereiten eines Drucksensorelementes (50), welches eine Membran (5) aufweist;
  • b) vollständiges Bedecken des Drucksensorele­ mentes (50) mit einem Formharz (11) derart, daß das Drucksensorelement vollständig ver­ kapselt ist; und
  • c) Entfernen des Formharzes (11) bei einem Ab­ schnitt oberhalb der Membran (5), wodurch ein Fenster gebildet wird, durch das die Membran freiliegt, durch die Schritte
    • c-1) mechanisches Entfernen des Abschnit­ tes des Formharzes oberhalb der Mem­ bran (5) etwa zur Hälfte derart, daß die Membran nach wie vor mit dem Formharz (11) bedeckt ist; und
    • c-2) vollständiges Entfernen des oberhalb der Membran (5) verbleibenden Form­ harzes (11) durch ein chemisches Ver­ fahren, wodurch ein Fenster gebildet wird, durch das die Membran (5) frei­ liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) die Schritte aufweist:
  • b-1) Vorbereiten einer Metallform (10a, 10b), welche einen Hohlraum aufweist;
  • b-2) Einsetzen des Drucksensorelementes (50) in den Hohlraum der Metallform;
  • b-3) Einbringen des Formharzes (11) in den Hohl­ raum, wodurch das Drucksensorelement (50) verkapselt wird; und
  • b-4) Herausnehmen des somit verkapselten Drucksensorelementes (50) aus dem Hohlraum der Metallform (10a, 10b).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt (b-3) das Formharz (11) in den Hohlraum (10a, 10b) unter einem derartigen Einfüh­ rungsdruck eingebracht wird, daß die Membran (5) durch den Einführungsdruck des Formharzes (11) nicht zerstört wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2, oder 3, gekennzeichnet durch die Schritte:
  • d) Vorbereiten einer Zuführung (9); und
  • e) Drahtbonden des Drucksensorelementes (50) und der Zuführung (9) mit einem Bonddraht (8);
wobei der Bonddraht mit dem Formharz (11) bei dem Schritt (b) verkapselt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c-1) den Schritt aufweist:
  • c-1-1) Einspritzen eines Schleifmittels auf das Formharz (11) bei dem Abschnitt oberhalb der Membran (5).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c-1-1) den Schritt aufweist:
Wegpolieren des Formharzes durch ein Sandstrahlverfahren.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c-1) den Schritt aufweist:
  • c-1-1) Abtragen des Abschnittes des Formharzes oberhalb der Membran (5).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c-1-1) den Schritt aufweist:
Abtragen des Formharzes mittels einer Schleifeinrichtung.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c-2) den Schritt aufweist:
  • c-2-1) vollständiges Auflösen des Formharzes bei dem Abschnitt oberhalb der Membran (5) und Freilegen der Membran (5).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c-2-1) die Schritte aufweist:
vollständiges Auflösen des Formharzes bei dem Ab­ schnitt oberhalb der Membran (5) mit wenigen Tropfen einer rauchenden Nitridsäure und Freilegen der Mem­ bran (5);
daran anschließendes Reinigen der Membran (5) in Wasser;
daran anschließendes Dehydrieren der Membran (5); und daran anschließendes Trocknen der Membran (5).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) bei dem Schritt der Dehydrierung unter Verwendung von Ethanol dehydriert wird.
12. Verfahren zur Herstellung einer formverkapselten Drucksensor-Halbleitervorrichtung, welches die Schritte aufweist:
  • a) Vorbereiten eines Drucksensorelementes (50), welches eine Membran (5) aufweist;
  • b) vollständiges Bedecken des Drucksensorele­ mentes (50) mit einem Formharz (11) derart, daß das Drucksensorelement vollständig ver­ kapselt ist mit dem Schritt
    • b-1) Verkapseln des Drucksensorelementes (50) auf eine Weise derart, daß das Formharz (11) bei einem Abschnitt oberhalb der Membran (5) eine gerin­ gere Dicke als bei den anderen Ab­ schnitten aufweist; und
  • c) Entfernen des Formharzes (11) bei einem Ab­ schnitt oberhalb der Membran (5), wodurch ein Fenster gebildet wird, durch das die Membran freiliegt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b-1) die Schritte aufweist:
  • b-1-1) Vorbereiten einer Metallform (10a, 10b) mit einem Hohlraum, welche definiert ist durch eine innere Oberfläche mit einer Ausbuchtung (14), die der Membran (5) entspricht;
  • b-1-2) Einsetzen des Drucksensorelementes (50) in den Hohlraum der Metallform (10a, 10b) derart, daß die Membran (5) gegenüberliegend zur Ausbuchtung (14) angeordnet wird;
  • b-1-3) Einbringen des Formharzes (11) in den Hohlraum und Verkapseln des Drucksensor­ elementes (50), wodurch das verkapselte Drucksensorelement eine Vertiefung bei einem Abschnitt aufweist, der von der Ausbuchtung (14) besetzt wird; und
  • b-1-4) daran anschließendes Herausnehmen des nunmehr verkapselten Drucksensorelemen­ tes (50) aus der Metallform (10a, 10b).
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt (b-1-3) das Formharz (11) in den Hohlraum unter einem derartigen Einführungsdruck eingeführt wird, daß die Membran (5) durch den Ein­ führungsdruck des Formharzes nicht zerstört wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, 13, oder 14 dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c) den Schritt auf­ weist:
  • c-1) chemisches Entfernen des weiterhin bei einem Boden der Vertiefung verbleibenden Form­ harzes und Freilegen der Membran (5).
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c-1) den Schritt aufweist:
  • c-1-1) Auflösen und Entfernen des weiterhin bei einem Boden der Vertiefung verbleibenden Formharzes, wodurch die Membran (5) freigelegt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c-1-1) die Schritte aufweist:
Auflösen des bei dem Boden der Vertiefung verblei­ benden Formharzes mit wenigen Tropfen einer rauchen­ den Nitridsäure und Freilegen der Membran (5);
daran anschließendes Reinigen der Membran (5) in Wasser;
daran anschließendes Dehydrieren der Membran (5);
und daran anschließendes Trocknen der Membran (5).
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) unter Verwendung von Ethanol de­ hydriert wird.
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