WO1992013260A1 - Drucksensor für gase und flüssigkeiten - Google Patents
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Definitions
- the invention is based on a pressure sensor for determining pressure values in gases and liquids according to the preamble of patent claim 1.
- the invention further relates to a method for producing such a pressure sensor.
- Pressure sensors with semiconductor sensor elements are known per se.
- a differential pressure sensor from Motorola, type MPX is known, in which the semiconductor chip is glued to a hole in a metal support plate.
- the metal plate is attached on one side of a plastic singing housing, the interior of the housing with the semiconductor chip is poured out with silicone gel and the ring housing is closed on the other side with a metal plate.
- the semiconductor chip is exposed to the gas or liquid pressure to be measured, whereas the respective reference value, for example vacuum, is applied to the hole in the support plate of the semiconductor chip.
- the sensor element of the semiconductor chip is connected via bond wires to conductor connections which are embedded in the ring housing.
- the known pressure sensors are stuck onto their base relatively rigidly, so that when the temperature changes, ages, loads and the like, tension occurs in the sensor chip, which causes large changes in the measured value of the pressure sensor signal.
- Such solutions can therefore not be used for precise pressure measurements, such as those required for tire pressure measurement in motor vehicles.
- the pressure sensor according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage over the fact that the semiconductor chip with the sensor elements for absolute pressure measurement is attached to an elastic base of a base, so that there is no tension or from the surface with temperature changes, stress and aging are transferred to the semiconductor chip.
- the elastic silicone base compensates for very different expansion coefficients of the materials of the semiconductor chip and the base.
- the uniform thickness of the silicone base causes the semiconductor chip to rest evenly.
- the silicone base is applied to the base very precisely in the desired shape and thickness and that the semiconductor chip with the sensor elements is metered with no air inclusions Silicone adhesive can be glued to the silicone base without the connection pads for the bond connections becoming soiled.
- the support plate has a platform protruding over the ends of the connection pin, to which the silicone base and the semiconductor chip are or have been applied using screen printing technology.
- a housing capsule attached to this support plate with a pressure inlet then surrounds the semiconductor chip in order to protect it against mechanical damage.
- the pressure sensor In the manufacture of the pressure sensor according to the method of claim 6, it is also expedient to provide the rectangular opening of the spacing film which is decisive for the thickness of the silicone base with venting slots at its four corners, so that the plate Press the filled silicone mass with the stamp placed on the spacer film air or gases can escape from the rectangular opening.
- FIG. 1 and 2 show a tire pressure sensor with two semiconductor chips as sensor elements
- FIG. 3 shows the semiconductor chips on a ceramic substrate in an enlarged view
- FIG. 4 shows a pressure sensor semiconductor chip with bond connections on a hybrid plate
- FIG. 5 shows a tire pressure sensor with a Semiconductor chip on the support plate
- FIG. 6 shows the process sequence for applying an elastic base with a pressure sensor semiconductor chip to a substrate base.
- the pressure sensor for tire pressure measurement in motor vehicles is composed of a metallic support plate 11, into which a number of connection pins 12 are melted in glass bushings 13.
- a ceramic plate 14, which serves as a base for two semiconductor chips 15, is glued to the support plate 11.
- Pressure sensor elements 16 for absolute pressure measurement are arranged in a bridge circuit in the semiconductor chips 15 in a manner known per se and are electrically connected to the connecting pins 12 via bonding wires 17.
- the semiconductor chips 15 are protected against mechanical damage by a metal cap 18 welded to the edge of the support plate 11.
- the air pressure to be measured reaches the semiconductor chips 15 via one or more openings 19 in the metal cap 18, which can optionally be provided with an air-permeable filter free ends connected, for example, via a printed circuit board to further switching elements of a signal shaping and / or evaluation circuit, the pressure sensor 10 being mounted in a wheel rim and transmitting its measured values in a manner known per se via coupling coils to a vehicle-specific evaluation circuit.
- the second chip can also be used for measuring the temperature of the tire air in order to be able to monitor the amount of gas in the vehicle tire according to a circuit arrangement according to DE-A-36 00 260.
- the semiconductor chips 15 are fastened at a distance from one another on a base 20 of uniform thickness.
- These bases 20 consist of a * mixed with quartz powder. Silicone, which is firmly connected to the ceramic plate 14 as a base.
- These silicone bases 20 can be punched out of a prefabricated silicone film with flat surfaces and glued to the ceramic base 14 or they are applied directly to a substrate using the method according to FIG.
- Such silicone bases have a high temperature resistance and are very soft due to the small, almost temperature-independent elasticity modules.
- silicone and quartz powder are preferably mixed in a weight ratio of 2: 1. This minimizes different expansions between the ceramic base 14 and the silicone base 20.
- FIG. 3 shows the two semiconductor chips 15 on the ceramic plate 14 on a greatly enlarged scale.
- the silicon bases 20 form an almost floating bearing for the semiconductor chips 15, which are glued to the flat surface of the silicone bases 20 with a pure silicone adhesive 21.
- the minimum distance X of approximately 1 mm must be maintained so that the semiconductor chips 15 are not drawn together by the silicone adhesive 21.
- the amount of glue is like this dimensioned so that they cover the sides of the semiconductor chips all around slightly.
- the silicon bases 20 have a thickness of more than 100 ⁇ m, preferably 150 to 200 ⁇ m, so that mechanical stresses in the ceramic base 14 on the semiconductor chips 15 can no longer be effectively transmitted.
- the grain size of the filler may not be more than 100 ⁇ m in order to avoid punctiform contact of the semiconductor chips on the silicon base 20.
- quartz powder other fillers can also be used, if necessary, which similarly adjust the expansion coefficient of the silicone base 20 to that of its base; so z.
- a semiconductor chip 30 is arranged on a hybrid plate 31 (preferably ceramic), on which further circuit elements 32 are applied, for example using thick-film technology, and are contacted with the pressure sensor elements 16 of the semiconductor chip 30 via bond wires 17.
- the semiconductor chip 30 is glued in a floating manner with a pure silicone adhesive 21 on the flat surface of the silicone base 20 in a floating manner.
- the silicone adhesive 21 may also only rise slightly on the sides of the semiconductor chip 30, so that any cracks or holes that may be present in a eutectic layer 33 of the chip are not covered and the bond bands on the top of the semiconductor chip 30 are not contaminated.
- an enlarged representation of a tire pressure sensor can be seen in cross section, the support plate 35 of which, in addition to the connection pins 12 and the semiconductor chip 15 for absolute pressure measurement, also carries a temperature sensor 36, which has a sealing ring 38 in a correspondingly designed bore 37 in the support plate 35 used and welded to the support plate 35.
- the support plate 35 is in the area between the connection pins 12 7 -
- the prefabricated hybrid plate 31 is used in station _ in a receiving frame 40.
- a screen 41 is then placed on the frame 40 with the hybrid plate 31 at the station, the screen 41 being sealed with photoresist 43 in known screen printing technology with the exception of the contour 42 for the silicone base to be produced later.
- a silicone compound 44 filled with quartz powder is thus metered through the contour 42 and shaped onto the hybrid plate 31, in which part of the silicone compound indicated by 44 * is pressed through the sieve 41 with a doctor blade in the area of the contour 42.
- the hybrid plate 31 with the silicone compound 44 is now exposed to a vacuum for about 10 minutes in order to remove any air pockets in the silicone compound 44 on the hybrid plate 31 by the indicated vacuum pump 45 and also to achieve a uniform flow of the silicone compound 44.
- a spacer film 46 which has the final thickness of the silicone base to be produced, is first placed on the frame 40 with the hybrid plate 31. In the example, it is 150 ⁇ m.
- the spacer film 46 has a rectangular opening 47, within which the silicone compound 44 is now located at a distance from the lateral edges of the opening 47.
- the opening 47 is also provided at its four corners with an outward venting slot 48.
- inwardly directed centering webs 49 are attached to the spacing film 46, which are not quite up to the Reach silicone mass 44.
- a pressure stamp 50 is then placed on the spacer film 46, which is coated on its underside with Teflon and which covers the opening 47 of the spacer film 46 with the exception of the ventilation slots 48. With the pressure stamp 50, the silicone mass 44 to the silicone base 20 with the thickness of z. B. 150 ⁇ m, where u. U. displaced air escapes at the ventilation slots 48.
- This process is also carried out under vacuum, and the silicone composition is then cured or crosslinked to form the silicone base 20 by heat, indicated by 53, in accordance with its time-temperature behavior.
- a screen 51 using screen printing technology is used again, in which pure silicone adhesive 21 is metered and shaped through a somewhat smaller screen contour 52 onto the flat surface of the silicone base 20.
- a semiconductor chip 30 made of silicon material is finally removed from a wafer by means of a so-called die stamp and pressed into the silicone adhesive 21 parallel to the surface of the silicone base 20.
- the slight curvature of the applied silicone adhesive avoids any air or vacuum inclusions when the semiconductor chip 30 is placed on it.
- the silicone adhesive 21 is now also cured or crosslinked, so that the semiconductor chip 30 can subsequently be removed at the station g for further processing and contacting with a hybrid circuit according to FIG. 4 or with connection pins according to FIG. Through this method, it is accommodated on the hybrid plate 31 with its entire rear side in an elastic and tension-free manner.
- a pressure sensor produced in this way can be used both for measuring gas pressures and for measuring pressures in liquids become.
- the semiconductor chips can also be covered by an insulating gel, which passes the pressure to be measured onto the semiconductor chip 30 in an unadulterated manner.
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Abstract
Es wird ein Drucksensor zur Ermittlung von Druckwerten in Gasen und Flüssigkeiten vorgeschlagen, dessen Drucksensorelemente als Halbleiterchip (15) auf einer Unterlage (14) angeordnet und über Bondanschlüsse (17) verschaltet sind. Für eine spannungsfreie elastische Aufnahme des Halbleiterchip (15) ist vorgesehen, daß auf der Unterlage (14) ein gleichmäßig dicker Sockel (20) aus mit Füllstoff, vorzugweise Quarzmehl vermischtem Silikon aufgetragen und der Halbleiterchip (15) mit einem Silikonkleber (21) auf die Oberfläche eines solchen Silikonsockels (20) aufgeklebt ist.
Description
Drucksensor für Gase und Flüssigkeiten
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Drucksensor zur Ermittlung von Druckwerten in Gasen und Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drucksensors.
Drucksensoren mit Halbleiter-Sensorelementen sind an sich bekannt. So ist beispielsweise ein Differenzdrucksensor der Firma Motorola, Typ MPX bekannt, bei dem der Halbleiterchip auf eine Bohrung einer Metalltragplatte aufgeklebt ist. Die Metallplatte ist auf einer Seite eines Kunststoff-Singgehäuses befestigt, der Innenraum des Gehäuses mit dem Halbleiterchip ist mit Silikongel ausgegossen und mit einer Metallplatte ist das Ringgehäuse auf der anderen Seite verschlossen. Durch eine Bohrung dieser Metallplatte wird der Halb¬ leiterchip dem zu messenden Gas oder Flüssigkeitsdruck ausgesetzt, wogegen an der Bohrung der Tragplatte des Halbleiterchips der jeweilige Bezugswert, z.B. Vakuum angelegt wird. Das Sensorelement des Halbleiterchips wird über Bonddrähte mit Leiteranschlüssen verbunden, die in dem Ringgehäuse eingebettet sind.
Ferner ist es bei Drucksensoren der Firma Delco Electronics Typ DSP bekannt, den Halbleiterchip unter Vakuum mit einer Kavität an seiner Rückseite auf einen Glassockel aufzukleben, wobei der Glassockel auf eine Gehäuseplatte des Sensors aufgeklebt ist. Dieser als Absolut¬ druckmesser arbeitende Sensorchip ist über Bonddrähte mit Anschlu߬ pins im Sensorgehäuse verbunden.
Die bekannten Drucksensoren sind relativ starr auf ihre Unterlage aufgeklebt, so daß bei Temperaturwechsel, Alterung, Belastung und dgl. Verspannungen im Sensorchip auftreten, welche große Meßwert¬ veränderungen des Drucksensorsignals bewirken. Derartige Lösungen lassen sich daher für genaue Druckmessungen, wie sie beispielsweise zur Reifendruckmessung in Kraftfahrzeugen benötigt werden, nicht verwenden.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Halb¬ leiterchip mit den Sensorelementen zur Absolutdruckmessung auf einem elastischen Sockel einer Unterlage befestigt ist, so daß dort bei Temperaturwechsel, Belastung und Alterung keine Verspannungen auftreten bzw. vom Untergrund auf den Halbleiterchip übertragen werden. Der elastische Silikonsockel gleicht stark unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Materialien des Halbleiterchips und der Unterlage aus. Die gleichmäßige Dicke des Silikonsockels bewirkt dabei eine gleichmäßige Auflage des Halbleiterchips. Durch die Beimischung von Quarzmehl in die Silikonmasse des Silikonsockels wird der Ausdehnungskoeffizient des Silikonsockels dem des Materials für die Unterlage angepaßt, so daß der Silikonsockel zuverlässig auf seiner Unterlage aufgeklebt werden kann.
Bei dem Herstellverfahren des Drucksensors gemäß den Kennzeichnungs- merkmalen des Patentanspruchs 5 ist vorteilhaft, daß der Silikon¬ sockel sehr exakt in der gewünschten Form und Dicke auf die Unter¬ lage aufgebracht wird und daß der Halbleiterchip mit den Sensor¬ elementen ohne Lufteinschlüsse mit einem dosierten Silikonkleber auf den Silikonsockel aufgeklebt werden kann, ohne daß dabei die Anschlußpads für die Bondanschlüsse verschmutzt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den Patent¬ ansprüchen 1 und 5 angegebenen Merkmale. So ist es zweckmäßig, den Silikonsockel mindestens 100 .um dick zu machen, damit sich mechanische Spannungen in der Unterlage kaum auf den Halbleiterchip übertragen. Der Chip wird auf diese Weise über seine ganze Auflage¬ fläche gleichmäßig nahezu schwimmend gelagert. Besonders vorteilhaft ist es, als feste Unterlage eine Hybridplatte mit weiteren Schal¬ tungselementen zu verwenden, die zur Signalformung, Auswertung sowie zur Spannungsversorgung der Sensorelemente über Bonddrähte mit dem Halbleiterchip kontaktiert werden. Die Hybridplatte wird dabei in bekannter Weise in einem Sensorgehäuse angeordnet. Ebenso ist es jedoch möglich, den Silikonsockel mit dem Halbleiterchip auf einer mit Anschlußpins versehenen Tragplatte aufzubringen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Tragplatte ein über die Enden des Anschlußpins vorstehendes Podest aufweist, auf das der Silikonsockel und der Halbleiterchip in Siebdrucktechnik aufgebracht wird bzw. wurde. Eine an dieser Tragplatte befestigte Gehäusekapsel mit einem Druckeinlaß umgibt dann den Halbleiterchip, um ihn gegen mechanische Beschädi¬ gungen zu schützen.
Bei der Herstellung des Drucksensors gemäß dem Verfahren nach Anspruch 6 ist es außerdem zweckmäßig, die rechteckige Öffnung der für die Dicke des Silikonsockels maßgebenden Abstandsfolie an ihren vier Ecken mit Entlüftungsschlitzen zu versehen, so daß beim Platt-
drücken der gefüllten Silikonmasse mit dem auf die Abstandfolie aufsetzenden Stempel Luft bzw. Gase aus der rechteckigen Öffnung entweichen können.
. Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 und 2 einen Reifendrucksensor mit zwei Halbleiterchips als Sensorelemente, Figur 3 zeigt die Halbleiterchips auf einem Keramik¬ substrat in vergrößerter Darstellung, Figur 4 zeigt einen Druck¬ sensor-Halbleiterchip mit Bondanschlüssen auf einer Hybridplatte, Figur 5 zeigt einen Reifendrucksensor mit einem Halbleiterchip auf der Tragplatte und Figur 6 zeigt den Verfahrensablauf für das Auf¬ bringen eines elastischen Sockels mit einem Drucksensor-Halbleiter¬ chips auf eine Substratunterlage.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in Figur 1 und 2 vergrößert dargestellte, mit 10 bezeichnete Drucksensor zur Reifendruckmessung bei Kraftfahrzeugen besteht aus einer metallischen Tragplatte 11, in die eine Reihe von Anschlußpins 12 in Glasdurchführungen 13 eingeschmolzen sind. Auf der Tragplatte 11 ist eine Keramikplatte 14 aufgeklebt, die als Unterlage für zwei Halbleiterships 15 dient. In den Halbleiterchips 15 sind in an sich bekannter Weise Drucksensorelemente 16 zur Absolutdruckmessung in Brückenschaltung angeordnet und über Bonddrähte 17 mit den Anschlu߬ pins 12 elektrisch verbunden. Die Halbleiterchips 15 sind durch eine am Rand der Tragplatte 11 festgeschweißte Metallkappe 18 gegen mechanische Beschädigungen geschützt. Über eine oder mehrere Öffnungen 19 in der Metallkappe 18, die ggf. mit einem luftdurch¬ lässigen Filter versehen werden kann, gelangt der zu messende Luft¬ druck zu den Halbleiterchips 15. Die Anschlußpins 12 werden an ihren
freien Enden beispielsweise über eine Leiterplatte mit weiteren Schaltelementen einer Signalformer- und/oder AuswerteSchaltung verbunden, wobei der Drucksensor 10 in einer Radfelge montiert ist und seine Meßwerte in an sich bekannter Weise über Koppelspulen auf eine fahrzeugfeste λuswerteschaltung überträgt. Anstelle zweier zur Druckmessung verwendeter Halbleiterchips 15 kann der zweite Chip auch zur Temperaturmessung der Reifenluft verwendet werden, um so gemäß einer Schaltungsanordnung nach der DE-A- 36 00 260 die jeweilige Gasmenge im Fahrzeugreifen überwachen zu können.
Gemäß Figur 2 ist erkennbar, daß die Halbleiterchips 15 mit Abstand voneinander auf je einen gleichmäßig dicken Sockel 20 befestigt sind. Diese Sockel 20 bestehen aus einem mit Quarzmehl vermischte*. Silikon, welches fest mit der Keramikplatte 14 als Unterlage ver¬ bunden ist. Diese Silikonsockel 20 können aus einer vorgefertigten Silikonfolie mit ebenen Oberflächen ausgestanzt und auf die Keramik¬ unterlage 14 aufgeklebt werden oder sie werden nach dem Verfahren gemäß Figur 5 unmittelbar auf ein Substrat aufgebracht. Derartige Silikonsockel haben eine große Temperaturbeständigkeit und sind aufgrund des kleinen, nahezu temperaturunabhängigen Elastizitäts¬ modules sehr weich. Um den hohen Ausdehnungskoeffizienten von Silikon am Silikonsockel 20 herabzusetzen, werden vorzugsweise Silikon und Quarzmehl im Gewichtsverhältnis 2:1 vermischt. Dadurch werden unterschiedliche Ausdehnungen zwischen der Keramikunterlage 14 und dem Silikonsockel 20 minimiert.
Figur 3 zeigt die beiden Halbleiterchips 15 in stark vergrößertem Maßstab auf der Keramikplatte 14. Die Silikonsockel 20 bilden hier eine nahezu schwimmende Lagerung für die Halbleiterchips 15, welche mit einem reinen Silikonkleber 21 auf der ebenen Oberfläche der Silikonsockel 20 aufgeklebt sind. Der Mindestabstand X von etwa 1 mm muß eingehalten werden, damit die Halbleiterchips 15 nicht vom Silikonkleber 21 zusammengezogen werden. Die Klebermenge ist so
bemessen, daß sie die Seiten der Halbleiterchips umlaufend gering¬ fügig bedecken. Die Silikonsockel 20 haben eine Dicke von mehr als 100 um, vorzugweise 150 bis 200 um, so daß mechanische Span¬ nungen in der Keramikunterlage 14 an den Halbleiterchips 15 nicht mehr wirksam übertragen werden können. Die Korngröße des Füll¬ stoffes darf dabei nicht mehr als 100 um betragen, um eine punktf rmige Auflage der Halbleiterchips auf den Silikonsockel 20 zu vermeiden. Anstelle von Quarzmehl können ggf. auch andere Füllstoffe verwendet werden, welche in ähnlicher Weise den Ausdehnungskoeffi¬ zienten des Silikonsockels 20 an den seiner Unterlage angleichen; so z. B. Glaskugeln oder Aluminium-Granulat bei Korngrößen von < 100 um.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist ein Halbleiterchip 30 auf einer Hybridplatte 31 (vorzugsweise Keramik) angeordnet, auf der weitere Schaltungselemente 32 beispielsweise in Dickschichttechnik aufgebracht und über Bonddrähte 17 mit den Drucksensorelementen 16 des Halbleiterchip 30 kontaktiert sind. Auch hier ist der Halb¬ leiterchip 30 mit einem reinen Silikonkleber 21 auf der ebenen Ober¬ fläche des Silikonsockels 20 schwimmend gelagert elastisch aufge¬ klebt. Der Silikonkleber 21 darf dabei ebenfalls nur geringfügig an den Seiten des Halbleiterchip 30 aufsteigen, damit eventuell vorhandene Risse oder Löcher in einer Eutektikumschicht 33 des Chips nicht verdeckt sowie die Bondpands auf der Oberseite des Halbleiter¬ chip 30 nicht verschmutzt werden.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist in vergrößerter Darstellung ein Reifendrucksensor im Querschnitt erkennbar, dessen Tragplatte 35 neben den Anschlußpins 12 und dem Halbleiterchip 15 zur Absolut¬ druckmessung noch einen Temperatursensor 36 trägt, der in einer entsprechend gestalteten Bohrung 37 der Tragplatte 35 mit einem Dichtring 38 eingesetzt und mit der Tragplatte 35 verschweißt ist. Die Tragplatte 35 ist im Bereich zwischen den Anschlußpins 12 mit
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einem Podest 39 versehen, welches die Enden der Anschlußpins 12 ein wenig überragt. Damit ist es möglich, auf dem Podest 39 den Silikon¬ sockel 20 und den Halbleiterchip 15 mittels Silikonkleber 21 in Siebdrucktechnik gemäß Figur 6 aufzubringen. Eine Keramikplatte als Unterlage gemäß Figur 2 ist in diesem Fall nicht mehr erforderlich.
Mit Hilfe der Figur 6 sollen nun die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Drucksensors mit Halbleitersensorelementen näher erläutert werden. Zunächst wird in einem Aufnahmerahmen 40 die vorgefertigte Hybridplatte 31 in der Station _ eingesetzt. Anschließend wird an der Station ein Sieb 41 auf den Rahmen 40 mit der Hybridplatte 31 aufgelegt, wobei das Sieb 41 in bekannter Sieb¬ drucktechnologie mit Ausnahme der Kontur 42 für den später herzu¬ stellenden Silikonsockel mit Fotolack 43 verschlossen ist. Damit wird eine mit Quarzmehl gefüllte Silikonmasse 44 durch die Kontur 42 dosiert und geformt auf die Hybridplatte 31 aufgebracht, in dem ein Teil der mit 44*angedeuteten Silikonmasse mit einem Rakel im Bereich der Kontur 42 durch das Sieb 41 gedrückt wird. An der nächsten Station _ wird nun die Hybridplatte 31 mit der Silikonmasse 44 etwa 10 Minuten einem Vakuum ausgesetzt, um eventuelle Lufteinschlüsse in der Silikonmasse 44 auf der Hybridplatte 31 durch die angedeutete Vakuumpumpe 45 zu entfernen und außerdem ein gleichmäßiges Verlaufen der Silikonmasse 44 zu erreichen. An der nachfolgenden Station _ wird nun zunächst auf den Rahmen 40 mit der Hybridplatte 31 eine Abstandsfolie 46 aufgelegt, welche die endgültige Dicke des herzu¬ stellenden Silikonsockels aufweist. Sie beträgt im Beispielsfalls 150 um. Die Abstandsfolie 46 hat eine rechteckige Öffnung 47, innerhalb der sich nun die Silikonmasse 44 mit Abstand zu den seitlichen Rändern der Öffnung 47 befindet. Die Öffnung 47 ist außerdem an ihren vier Ecken jeweils mit einem nach außen gerich¬ teten Entlüftungsschlitz 48 versehen. Außerdem sind an den Rechteck¬ seiten der Öffnung 47 jeweils nach innen gerichtete Zentrierstege 49 an der Abstandsfolie 46 angebracht, welche nicht ganz bis an die
Silikonmasse 44 heranreichen. Nach dem Auflegen der Abstandsfolie 46 auf die Hybridplatte 31 wird sodann ein Druckstempel 50 auf die Abstandsfolie 46 gesetzt, der an seiner Unterseite mit Teflon beschichtet ist und der die Öffnung 47 der Abstandsfolie 46 mit Ausnahme der Entlüftungsschlitze 48 abdeckt. Mit dem Druckstempel 50 wird die Silikonmasse 44 zu dem Silikonsockel 20 mit der Dicke von z. B. 150 um umgeformt, wobei u. U. verdrängte Luft an den Entlüftungsschlitzen 48 entweicht. Dieser Vorgang wird ebenfalls unter Vakuum durchgeführt und die Silikonmasse wird sodann ent¬ sprechend ihrem Zeit-Temperaturverhalten durch mit 53 angedeutete Wärme zu dem Silikonsockel 20 ausgehärtet bzw. vernetzt. An der nachfolgenden Station e_ wird erneut mit einem Sieb 51 in Siebdruck¬ technik gearbeitet, indem hier durch eine etwas kleinere Siebkontur 52 reiner Silikonkleber 21 dosiert und geformt auf die flache Ober¬ fläche des Silikonsockels 20 aufgetragen wird.
An der nachfolgenden Station f. wird schließlich mittels eines sogenannten Die-Stempels ein Halbleiterchip 30 aus Siliziummaterial aus einem Wafer herausgenommen und parallel zur Oberfläche des Silikonsockels 20 in den Silikonkleber 21 eingedrückt. Durch die leichte Hochwölbung des aufgetragenen Silikonklebers werden beim Aufsetzen des Halbleiterchips 30 jegliche Luft- oder Vakuumein¬ schlüsse vermieden. Durch Erwärmung bei 145° C wird nun auch der Silikonkleber 21 ausgehärtet bzw. vernetzt, so daß anschließend an der Station g der Halbleiterchip 30 zur Weiterverarbeitung und Kontaktierung mit einer Hybridschaltung nach Figur 4 oder mit Anschlußpins nach Figur 2 entnommen werden kann. Er ist durch dieses Verfahren auf der Hybridplatte 31 mit seiner ganzen Rückseite elastisch und spannungsfrei aufgenommen.
Ein so hergestellter Drucksensor kann sowohl zur Messung von Gas¬ drücken als auch zur Messung von Drücken in Flüssigkeiten verwendet
werden. Zur Vermeidung von Oxidationen und Alterungserscheinungen oder anderen Beschädigungen durch das zu messende Medium, können die Halbleiterchips auch von einem isolierenden Gel abgedeckt sein, welches den zu messenden Druck auf den Halbleiterchip 30 unver¬ fälscht weitergibt.
Claims
1. Drucksensor zur Ermittlung von Absolutdruckwerten in Gasen und Flüssigkeiten mittels Halbleiter-Sensorelementen, wobei mindestens ein Sensorelement in einem Halbleiterchip integriert ist, der auf einer festen Unterlage aufgeklebt und über Bonddrähte mit Anschlüssen einer elektrischen Auswerte- oder Signalformerschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (15, 30) mit einem Silikonkleber (21) auf einem auf die Unterlage (14, 31, 39) aufgeklebten, gleichmäßig dicken Sockel (20) aus mit Füll¬ stoff vermischten Silikonmasse (44) aufgeklebt ist.
2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Quarzmehl gefüllte Silikonsockel (20) eine Dicke von mehr als
100 um hat.
3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Unterlage (31) eine Hybridplatte mit weiteren Schaltungs¬ elementen (32) ist, die über Bonddrähte (17) mit den Druck¬ sensor-Elementen (16) des Halbleiterchips (30) kontaktiert sind.
4. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (14) mit dem mindestens einen Halbleiterchip (15) auf einer mit Anschlußpins (12) versehenen Tragplatte (11) aufgebracht und von einer daran befestigten Gehäusekapsel (18) umgeben ist.
5. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Unterlage ein über die Enden von Anschlußpins (12) vorstehen¬ des Podest (39) einer Tragplatte (35) ist, auf dem Silikonsockel
(20) und Silikonkleber (21) für den Halbleiterchip (15) in Sieb¬ drucktechnik aufgebracht sind.
6. Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst mittels Siebdruck eine mit Quarzmehl vermischte Silikonmasse (44) dosiert und geformt auf die Unterlage (14, 31, 39) aufgetragen wird, daß danach eine Abstands¬ folie (46) mit einer die Kontur des Silikonsockels (20) umgebenden Öffnung (47) auf die Unterlage (14, 31, 39) aufgelegt und mit einem Druckstempel (50) die Silikonmasse (44) gleichmäßig auf die Dicke der Abstandsfolie (46) gedrückt wird, daß sodann unter Vakuum und Wärmeeinwirkung bei aufgesetztem Druckstempel (50) die Silikonmasse (44) zu dem Silikonsockel (20) ausgehärtet wird, daß anschließend mittels Siebdruck ein reiner Silikonkleber (21) dosiert und geformt auf den Silikonsockel (20) aufgetragen wird und daß schließlich der Halbleiterchip (15, 30) mit seiner Rückseite in den Silikonkleber
(21) gedrückt und der Silikonkleber (21) durch Wärmeeinwirkung ausgehärtet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auftragen der Silikonmasse (44) auf die Unterlage (14, 31, 39) die Silikonmasse (44) unter Vakuum entgast wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei auf die Abstandsfolie (46) aufgesetztem Druckstempel (50) die recht¬ eckige Öffnung (47) der Abstandsfolie (46) mit der darin ange¬ ordneten Silikonmasse (44) beim Aushärten über nach außen gerichtete Entlüftungsschlitze (48) entgast wird.
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