DE102005015454A1 - Halbleitersensorbauteil mit Hohlraumgehäuse und Sensorchip sowie Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Halbleitersensorbauteil mit Hohlraumgehäuse und Sensorchip sowie Verfahren zur Herstellung desselben Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleitersensorbauteil (1) mit Hohlraumgehäuse (2) und Sensorchip (4) sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Dazu weist das Hohlraumgehäuse (2) eine Öffnung zur Umgebung auf und der Sensorchip (4) besitzt einen Sensorbereich (5), welcher der Öffnung (6) zugewandt ist. Der Sensorchip (4) ist in dem Hohlraum (3) des Gehäuses (2) in eine gummielastische Schicht (7) mit seiner Rückseite (8) und seinen Randseiten (9, 10) eingebettet, wobei die gummielastische Schicht (7) spaltbare, eingelagerte metallorganische oder anorganische metallische Komplexe (11) aufweist. Die Metalle (Me) der Komplexe (11) liegen frei zugänglich auf der Oberseite (12) der gummielastischen Schicht (7) und bilden metallische Keime (13) für Verdrahtungsleitungen (14), welche den Sensorbereich (5) des Sensorchips (4) mit Kontaktanschlussflächen (15) im Hohlraum (3) des Hohlraumgehäuses (2) elektrisch verbinden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Halbleitersensorbauteil mit Hohlraumgehäuse und Sensorchip sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Das Hohlraumgehäuse weist eine Öffnung zur Umgebung auf, und der Sensorchip besitzt einen Sensorbereich. Dieser Sensorbereich ist der Öffnung in dem Hohlraumgehäuse zugewandt.
  • Ein Halbleitersensorbauteil mit einem Hohlraumgehäuse ist aus der Patentanmeldung DE 10 2004 019 428.9 bekannt. Derartige Halbleitersensorbauteile haben das Problem, dass der Sensorchip in dem Hohlraumgehäuse durch Kleben derart fixiert ist, dass Rückwirkungen der mechanischen Belastungen des starren Hohlraumgehäuses, wie thermische Verspannungen oder Vibrationsbelastungen, auf den Sensorchip einwirken und die Messergebnisse teilweise verfälschen. Gegenüber der Umgebung werden derartige Sensorchips in dem Hohlraumgehäuse durch ein weiches Material geschützt, um wenigstens die Oberseite mit dem Sensorbereich des Halbleitersensorchips vor zusätzlichen Belastungen zu schützen.
  • Bei nahezu vollständiger mechanischer Entkopplung durch Einsatz von Klebstoffen mit niedrigem E-Modul, hängt die Zuverlässigkeit des Sensorchips auch von den Schwankungen der Klebstoffqualität des Klebstoffs ab, mit dem der Sensorchip auf dem Boden des starren Hohlraumgehäuses befestigt ist. Dabei kann es insbesondere beim Anbringen von Bonddrähten zu einem Mitschwingen des Sensorchips kommen. Somit sind fertigungsbedingte Vorschädigungen des Halbleiterchips oder eine verminderte Bondqualität bzw. ein NSOP (non stick on pad) als Folge nicht auszuschließen, was die Zuverlässigkeit des Sensorchips beeinträchtigt. Darüber hinaus verursachen die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien Ausbeuteverluste, aufgrund mechanischer Spannungen im Sensorchip selbst.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbauteil mit einem Hohlraumgehäuse und einem Sensorchip, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben anzugeben, so dass zum einen die Ausbeute bei der Herstellung der Halbleitersensorbauteile verbessert wird, und zum anderen die Zuverlässigkeit derartiger Halbleitersensorbauteile in der täglichen Messpraxis erhöht ist.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Halbleiterbauteil mit einem Hohlraumgehäuse und mit in dem Hohlraum des Gehäuse angeordneten Komponenten geschaffen. Diese Komponenten weisen einen Sensorchip mit Sensorbereich auf. Das Hohlraumgehäuse weist eine Öffnung zur Umgebung auf. Der Sensorbereich des Sensorchips ist dieser Öffnung zugewandt. Dabei ist der Sensorchip in dem Hohlraum des Gehäuses in eine gummielastische Schicht mit seiner Rückseite und seinen Randseiten eingebettet. Die gummielastische Schicht weist spaltbare, eingelagerte, metallorganische oder anorganische metallhaltige Komplexe auf. Die Metalle dieser Komplexe liegen frei an der Oberseite der gummielastischen Schicht und bilden Keime für Verdrahtungsleitungen. Dabei verbinden die Verdrahtungsleitungen auf dem gummielastischen Material mit metallhaltigen Komplexen den Sensorbereich des Sensorchips mit Kontaktanschlussflächen im Hohlraum des Hohlraumgehäuses. Die Oberseiten der Komponenten innerhalb des Hohlraumgehäuses werden von einer gummielastischen Abdeckschicht geschützt.
  • Dieses Halbleitersensorbauteil hat den Vorteil, dass es keine metallischen Bonddrähte aufweist, sondern Verdrahtungsleitungen auf Keimen von metallischen Komplexen. Diese metallischen Komplexe sind in der gummielastischen Masse enthalten und haben auf der Oberseite der gummielastischen Schicht ihre metallischen Anteile freigesetzt. Ohne jede mechanische Belastung, wie sie bei Bonddrahtverbindungen auftreten, sind auf den Keimen Verdrahtungsleitungen gebildet. Somit sind Vorschädigungen, wie sie bei der Bonddrahttechnik auftreten können, überwunden. Damit werden Fehler, die beim herkömmlichen Bonden auftreten, wie NSOP vermieden und die Entkopplung des Sensorchips vom starren Hohlraumgehäuse ist weiter verbessert, da die erfindungsgemäßen Verdrahtungsleitungen nachgiebiger sind, als herkömmliche Bonddrähte.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die gummielastische Schicht einen Silikongummi auf. Silikongummi hat den Vorteil, dass es mit spaltbaren metallorganischen Komplexen oder mit anorganischen metallhaltigen Komplexen gemischt werden kann und somit eine gummielastische Schicht mit entsprechenden Einlagerungen zur Verfügung stellt.
  • In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die spaltbaren, eingelagerten, metallorganischen oder die anorganischen metallhaltigen Komplexe in einer photoempfindlichen lithographisch strukturierbaren Lackschicht angeordnet. Diese Lackschicht ist auf der Oberseite der Komponenten in dem Hohlraum des Halbleitersensorbauteils angeordnet und kann nach Strukturierung und entsprechender Aufspaltung der Komplexe in metallische Bestandteile und Reste umgesetzt werden, so dass die strukturierte Fotolackschicht nun Keime für das Aufbringen der Verdrahtungsleitungen zur Verfügung stellt.
  • Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Sensorchip über diese Verdrahtungsleitung und über Durchkontakte durch das Hohlraumgehäuse mit Außenanschlüssen des Halbleitersensorbauteils elektrisch in Verbindung steht. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass Bonddrähte für eine Verbindungsherstellung zu Außenanschlüssen des Halbleitersensorchips entfallen können. Dabei weist das Hohlraumgehäuse mindestens einen Boden und Seitenwände auf, die den Hohlraum begrenzen. Auf dem Boden kann dazu die gummielastische Schicht mit einlagerten metallorganischen oder organischen metallhaltigen Komplexen angeordnet sein. Das hat den Vorteil, dass der Sensorchip den Hohlraumboden weder berührt, noch auf dem Hohlraumboden unmittelbar fixiert ist. Der Sensorchip ist somit über die gummielastische Schicht mechanisch nahezu vollständig von dem starren Hohlraumgehäuse mit seinem Bodenbereich abgekoppelt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die eingelagerten metallorganischen oder anorganischen metallhaltigen Komplexe mindestens ein Metall der Gruppe Kupfer, Nickel, Palladium, Kobalt, Magnesium, Platin, Iridium oder Silber auf. Diese Metalle der eingelagerten, spaltbaren, metallorganischen Komplexe oder anorganischen metallhaltigen Komplexe sind mittels UV-Bestrahlung, Laserbestrahlung und/oder Röntgenbestrahlung freilegbar.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die gummielastische Abdeckschicht auf den Oberseiten der Komponenten in dem Hohlraum des Hohlraumgehäuses aus einem optisch transparenten Elastomer. Diese optische Transparenz ist besonders für optische Sensorchips von Vorteil, da sie optische Strahlung ungehindert durchlässt.
  • Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Wände und der Boden des Hohlraumgehäuses eine Kunststoffgehäusemasse aufweisen, die mit Keramikpartikeln gefüllt ist. Diese Keramikpartikel haben den Vorteil, dass die Kunststoffgehäusemasse relativ starr ausgebildet werden kann.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensorbauteils mit einem Hohlraumgehäuse und einem in dem Hohlraum des Gehäuses angeordneten Sensorchip mit Sensorbereich weist die folgenden Verfahrensschritte auf.
  • Zunächst wird ein Hohlraumgehäuse mit inneren Leiterbahnen, die Kontaktanschlussflächen aufweisen, hergestellt. Außerdem weist das Hohlraumgehäuse Außenanschlüsse auf, die mit den inneren Leiterbahnen elektrisch in Verbindung stehen. Ferner weist das Hohlraumgehäuse einen Hohlraumboden sowie den Hohlraumboden umgebende Seitenwände auf. Der Boden des Hohlraums des Hohlraumgehäuses wird mit einer gummielastischen Schicht, die spaltbare, eingelagerte, metallorganische oder anorganische metallhaltige Komplexe aufweist, aufgefüllt. Danach wird der Sensorchip mit seiner Rückseite und seinen Randseiten in die gummielastische Schicht eingebettet. Anschließend wird die Oberseite der gummielastischen Schicht unter Spalten der Komplexe und unter Freisetzen der Kompleximetalle selektiv unter Bilden von strukturierten metallischen Keimschichten für Verdrahtungsleitungen bestrahlt.
  • Dann erfolgt ein selektives Abspalten von Metallen auf den strukturierten Keimschichten zu Verdrahtungsleitungen zwischen dem Sensorbereich des Sensorchips und Kontaktanschlussflächen der inneren Leiterbahnen des Hohlraumgehäuses. Nach Herstellen dieser Verdrahtungsleitungen unmittelbar auf der Keimschicht an der Oberseite der gummielastischen Schicht, wird zum Schutz der Oberseiten der Komponenten in dem Hohlraum des Hohlraumgehäuses eine gummielastische Abdeckschicht auf die Oberseiten der Komponenten aufgebracht.
  • Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass bei der Herstellung der Verdrahtungsleitungen keinerlei mechanische Belastungen auf den Halbleitersensorchip bzw. auf die gummielastische Lagerung des Halbleitersensorchips aufgebracht werden. Vielmehr wird die Oberseite der gummielastischen Schicht selbst verwendet, um als Träger für die Verdrahtungsleitungen zu dienen.
  • In einem alternativen Verfahren wird die gummielastische Schicht lediglich als Träger eingesetzt und eine photolithographische Schicht auf die Oberseiten der Komponenten in dem Hohlraum aufgebracht, wobei die fotoempfindliche Schicht die spaltbaren, eingelagerten, metallorganischen oder organischen metallhaltigen Komplexe aufweist, so dass bereits beim Strukturieren der photolithographischen Schicht mit Hilfe eines photolithographischen Verfahrens, vorzugsweise unter UV-Bestrahlung, die spaltbaren Komplexe ihre Komplexmetalle freigeben bzw. freisetzen, so dass diese metallische Keime für anschließend aufzubringende Verdrahtungsleitungen bilden.
  • Vorzugsweise wird zum Herstellen eines Hohlraumgehäuses mit inneren Leiterbahnen und Außenanschlüssen zunächst ein Flachleiterrahmen mit mehreren Gehäusepositionen hergestellt. An schließend werden mittels Spritzgusstechnik die Seitenwände und der Boden in den Gehäusepositionen aufgebracht. Dieses Verfahren, Flachleiterrahmen einzusetzen und Hohlraumgehäuse herzustellen, hat den Vorteil, dass derartige Hohlraumgehäuse in einem Massenproduktionsverfahren herstellbar werden. Nach dem Herstellen der Hohlraumgehäuse kann der Boden des Hohlraumes des Hohlraumgehäuses mit einer gummielastischen Schicht mittels Dispenstechnik aufgefüllt werden.
  • In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird das selektive Bestrahlen der Oberseite der gummielastischen Schicht und ein Spalten der Komplexe und ein Freilegen der Komplexmetalle zu strukturierten metallischen Keimschichten für elektrische Verdrahtungsleitungen mittels Laserschreibstrahl durchgeführt. Weitere Verfahren für ein selektives Bestrahlen verwenden eine UV-Bestrahlung oder eine Röntgenbestrahlung durch eine entsprechend strukturierte Maske. Welche Bestrahlungsart gewählt wird, hängt davon ab, bei welcher Wellenlänge die Komplexe am wirkungsvollsten ihre Komplexmetalle freigeben. Die durch den Energieeintrag erzeugten metallischen Partikel dienen als Kondensationskeime für den nachfolgenden galvanischen oder stromlosen Abscheidungsprozess von Verdrahtungsleitungen. Dabei entsteht entlang der belichteten oder bestrahlten Strecke eine leitfähige elektrische Verbindung zwischen dem Sensorbereich und den Kontaktanschlussflächen der inneren Leiterbahnen des Kunststoffgehäuses.
    •
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass der erfindungsgemäße Gegenstand die nachfolgenden Vorteile aufweist.
    • 1. Der Sensorchip kann mit einem Material befestigt werden, welches einen extrem niedrigen Elastizitätsmodul besitzt, und somit gummielastische Eigenschaften aufweist.
    • 2. Ein Batchprozess mit einer Belichtungsmaske ist möglich, insbesondere bei UV-Bestrahlung oder Röntgenbestrahlung.
    • 3. Ferner sind deutlich kleinere Hohlraumgehäuses und Verpackungen der Halbleiterchips in dem Hohlraumgehäuse möglich.
    • 4. Generell sind für die Metallkomplexe alle Metalle geeignet, die stabile, bei intensiver Bestrahlung aber spaltbare Komplexe bzw. Verbindungen bilden.
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt einer Strukturformel einer metallorganischen Verbindung;
  • 2 zeigt eine Prinzipskizze einer gummielastischen Schicht mit elektrisch leitenden Einlagerungen unter Bestrahlungseinwirkung;
  • 3 zeigt eine Prinzipskizze der gummielastischen Schicht, gemäß 2, nach Freilegen von elektrisch leitenden Einlagerungen als leitfähige Positionen auf einer Oberseite der gummielastischen Schicht;
  • 4 zeigt eine Prinzipskizze der gummielastischen Schicht, gemäß 3, nach einem Verstärken der elektrisch leitenden Positionen zu einer elektrisch leitenden Keimschicht;
  • 5 zeigt eine Prinzipskizze der gummielastischen Schicht, gemäß 4, nach Abscheiden von Verdrahtungsleitungen auf Keimen der Keimschicht;
  • 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Hohlraumgehäuse mit einem in eine gummielastische Schicht eingebettetem Sensorchip auf dem Boden des Hohlraumgehäuses;
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse, gemäß 6, während einer selektiven Bestrahlung der Oberseite der gummielastischen Schicht zur Bildung von metallischen Keimen;
  • 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse, gemäß 7, nach Aufbringen von Verdrahtungsleitungen auf den metallischen Keimen der gummielastischen Schicht;
  • 9 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleitersensorbauteils nach Aufbringen einer gummielastischen Abdeckschicht auf die Oberseiten der Komponenten im Hohlraum des Hohlraumgehäuses, gemäß 8.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt eines Teilbereichs einer Strukturformel einer metallorganischen Verbindung 26, wobei das Metallion mit Me gekennzeichnet ist. Als Metalle Me kommen für die vorliegende Erfindung die Metalle Kupfer, Nickel, Palladium, Kobalt, Magnesium, Platin, Iridium und/oder Silber in Betracht. Generell können solche Metalle Me eingesetzt werden, die stabile, bei intensiver Bestrahlung aber spaltbare, Metallkomplexe 11 eingehen. Durch Bestrahlung werden dann die Metallionen als Metalle Me freigesetzt. Anstelle von den in 1 gezeigten metallorganischen Verbindungen 26 können als elektrisch leitende Einlagerungen in eine Kunststoffgehäusemasse zur Bildung von Keimen für Verdrahtungsleitungen mit voneinander isoliert elektrisch leitfähigen Positionen, anorganische, metallhaltige Komplexe oder auch metallische Partikel und/oder Kohlenstoffnanopartikel, wie Fullerene und/oder Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt werden.
  • 2 zeigt eine Prinzipskizze einer gummielastischen Schicht 7 mit Einlagerungen metallhaltiger Komplexe 11 unter Einwirkung einer Bestrahlung 25. Die symbolisch eingebrachten kreisförmigen Komplexe 11 stellen nicht die wahre Struktur der eingelagerten metallhaltigen Komplexe 11 dar, sondern 2 verdeutlicht lediglich, dass die Komplexe 11 isoliert voneinander in der gummielastischen Schicht 7 verteilt angeordnet sind. Diese gummielastische Schicht 7 bildet den Kunststoff, in dem ein Sensorchip mit seiner Rückseite und seinen Randseiten eingebettet werden kann. Die Bestrahlung 25 kann eine Photonenbestrahlung sein, die beispielsweise Metalle aus einer metallorganischen Verbindung oder anorganischen metallhaltigen Komplexen 11 abspalten kann.
  • Die Bestrahlung 25 kann auch bewirken, dass die gummielastische Schicht 7 so weit von der Oberseite 12 aus abgetragen wird, bis leitfähige Positionen 27 auf der Oberseite 12 der gummielastischen Schicht 7 freigelegt sind. Durch dieses Freilegen von leitfähigen Positionen 27, wird auf der Oberseite 12 eine Struktur vorgegeben, die anschließend durch Verstärken und Vergrößern der leitfähigen Positionen 27 in eine Verdrahtungsleitung entlang der freigelegten, elektrisch leitenden Positionen 27 überführt werden kann.
  • 3 zeigt eine Prinzipskizze der gummielastischen Schicht 7, gemäß 2, nach Freilegen von elektrisch leitenden Einlagerungen als leitfähige Positionen 27 auf einer Oberseite 12 der gummielastischen Schicht 7. Dazu wird mit der Bestrahlung 25, die in 2 gezeigt wird, auch Material der gummielastischen Schicht 7 abgetragen, und gleichzeitig werden metallische Keime 13 freigesetzt.
  • 4 zeigt eine Prinzipskizze einer gummielastischen Schicht 7, gemäß 3, nach einem Verstärken von elektrisch leitfähigen Positionen 27 zu einer elektrisch leitenden Keimschicht 24. Dieses Verstärken der elektrisch leitfähigen Positionen 27 zu einer dünnen, nahezu geschlossenen Keimschicht 24 bzw. zu einer unteren Metalllage, kann durch stromloses chemisches Abscheiden von Metallen auf der Oberseite 12 der gummielastischen Schicht 7, soweit sie freigelegte elektrisch leitfähige Positionen 27 aufweist, erfolgen.
  • Nachdem die elektrisch leitfähigen Positionen 27 derart verstärkt wurden, dass sie eine geschlossene, dünne, leitfähige Keimschicht 24 bilden, kann diese Metallschicht weiter zu Verdrahtungsleitungen, wie in 5 gezeigt, verstärkt werden. Dazu werden die Bereiche der Oberseite 12 der gummielastischen Schicht 7 mit einer Schutzschicht abgedeckt, soweit sie nicht zu Verdrahtungsleitungen verstärkt werden sollen. Eine derartige strukturierte Schutzschicht lässt sich durch Photolithographie auf die Oberseite 12 der gummielastischen Schicht 7 aufbringen.
  • 5 zeigt eine Prinzipskizze der gummielastischen Schicht 7, gemäß 4, nach Abscheiden von Verdrahtungsleitungen 14 auf der strukturierten Keimschicht 24, gemäß 4. Während in 5 lediglich ein Ausschnitt der gummielastischen Schicht 7 gezeigt wird, auf welcher derartige Verdrahtungsleitungen 14 gebildet werden, zeigen die nachfolgenden Figuren die Herstellung eines entsprechenden Halbleitersensorbauteils.
  • 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Hohlraumgehäuse 2 mit einem in eine gummielastische Schicht 7 eingebetteten Sensorchip 4 auf dem Boden 20 des Hohlraumgehäuses 2. Der Sensorchip 4 ist mit seinen Randseiten 9 und 10 und seiner Rückseite 8 derart in die gummielastische Schicht 7 eingebettet, dass zwischen der Rückseite 8 des Sensorchips 4 und dem Boden 20 des Hohlraumes 3 gummielastisches Material angeordnet ist, sodass der Sensorchip 4 mechanisch von dem starren Hohlraumgehäuse 2 entkoppelt ist. Die Oberseite 28 des Sensorchips 4 ist, koplanar zu der Oberseite 12 der gummielastischen Schicht 7 ausgerichtet, die wiederum koplanar zu Kontaktanschlussflächen 15 des Hohlraumgehäuses 2 angeordnet ist.
  • Somit bilden die Oberseiten 16 der Komponenten des Halbleitersensorbauteils eine Zwischenebene, über die lediglich die Kontaktanschlussflächen 15 der inneren Leiterbahnen 23 und die Kontaktflächen 29 und 30 auf der Oberseite 28 des Sensorchips 4 geringfügig hinausragen. Diese Kontaktflächen 29 und 30 werden über Leiterbahnen 31 bis an die Ränder 9 und 10 des Sensorchips 4 geführt. Eine elektrische Verbindung zwischen den Randseiten 9 bzw. 10 des Sensorchips 4 und den Kontaktanschlussflächen 15 des Hohlraumgehäuses 2 besteht in diesem Fertigungszustand noch nicht. Jedoch weist die gummielastische Schicht 7 Einlagerungen metallhaltiger Komplexe 11 auf, die durch entsprechende Energiezufuhr mittels Bestrahlung auf der Oberseite 12 der gummielastischen Schicht 7 zu metalli schen Keimen freigelegt werden können, wobei die Komplexe 11 in metallische Keime und Reste gespalten werden.
  • Das Hohlraumgehäuse 2 weist neben dem Gehäuseboden 8, der die Kontaktanschlussflächen 15 und Durchkontakte 18 zu Außenanschlüssen 19 trägt, Seitenwände 21 auf, die den Hohlraum 3 umgeben. Sowohl der Boden 20, als auch die Seitenwände 21, bestehen aus einer Kunststoffgehäusemasse 22 mit Keramikpartikeln als Füllstoff. Die Seitenwände 21 und der Boden 20 bilden gegenüber der gummielastischen Schicht 7 einen relativ steifen Hohlraum 3. Der Sensorchip 4 weist einen zentralen Sensorbereich 5 auf, der auf eine Öffnung 6 des Hohlraumes 3 gerichtet ist.
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse 2, gemäß 6, während einer selektiven Bestrahlung 25 der Oberseite 12 der gummielastischen Schicht 7 zur Bildung von metallischen Keimen 13. Diese Bestrahlung 25 dient einerseits dazu, die metallischen Komplexe 11, die in der gummielastischen Schicht 7 enthalten sind, auf der Oberseite 12 freizulegen und derart zu spalten, dass metallische Keime 13 auf der Oberseite 12 der gummielastischen Schicht 7 für Verdrahtungsleitungen zur Verfügung stehen. Durch Verstärken der metallhaltigen Komplexe 11 können die Keime 13 zu einer, wie in 4 gezeigten Keimschicht 24, verdichtet werden. Diese dünne Keimschicht 24 wird vorzugsweise mittels Sputter-Technik aufgebracht.
  • 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Hohlraumgehäuse 2, gemäß 7, nach Aufbringen von Verdrahtungsleitungen 14 auf die metallische Keimschicht 24 der gummielastischen Schicht 7. Für die Herstellung der Verdrahtungsleitungen 14 kann ein galvanisches oder auch chemisches Abscheideverfahren eines leitenden Materials eingesetzt werden. Dabei werden die Seitenränder der Leiterbahnen 31 auf dem Sensorchip 4 mit den Randseiten der Kontaktanschlussflächen 15 von inneren Leiterbahnen 23 elektrisch verbunden, so dass nun der Sensorbereich 5 des Sensorchips 4 mit den Außenanschlüssen 19 elektrisch in Verbindung steht. Die auf der gummielastischen Schicht 7 abgeschiedenen Verdrahtungsleitungen 14 sind nachgiebiger als die bisher eingesetzten Bonddrähte zwischen den Kontaktflächen 29, 30 auf der Oberseite 28 des Sensorchips 4 und den Kontaktanschlussflächen 15 auf den inneren Leiterbahnen 23 des Hohlraumgehäuses 2.
  • Auch das Verfahren zum Aufbringen dieser Verdrahtungsleitungen 14 erfolgt ohne Kraftaufwand im Gegensatz zu einem Bondverfahren, das bei derart mechanisch entkoppelten Sensorchips 4 erhebliche fertigungstechnische Probleme aufwirft. Somit verbessert das vorgesehene Herstellungsverfahren eines derartigen Halbleitersensorbauteils den Ausstoß funktionsfähiger Halbleitersensorbauteile. Zum Schutz der Komponenten innerhalb des Hohlraumgehäuses 2 kann nun eine gummielastische Abdeckung erfolgen, bei der die Oberseiten 16 der Komponenten des Halbleitersensorbauteils mit einer Abdeckschicht beschichtet werden.
  • 9 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleitersensorbauteils 1 nach Aufbringen einer gummielastischen Abdeckschicht 17 auf die Oberseite 16 der Komponenten im Hohlraum 3 des Hohlraumgehäuses 2, gemäß 8. In diesem Fall reicht die Abdeckschicht 17 von einer Seitenwand zur anderen Seitenwand des Gehäuses und isoliert gleichzeitig die empfindlichen Oberseiten 16 der Komponenten vor Kontaminationen durch die Umgebung. Die Abdeckschicht 17 weist einen transparenten, gummielastischen Kunststoff auf, da in diesem Fall ein optisches Halbleitersensorbauteil 1 mit einem Sensorbereich 5 vorgesehen ist, der auf optische Signale reagiert und einen Fotostrom erzeugt, der über Durchkontakte 18 des Hohlraumgehäuses 2 an den Außenanschlüssen 19 des Halbleitersensorbauteils 1 abgegriffen wird. Bei Drucksensoren kann die Abdeckschicht auch von einem nicht transparenten Kunststoff abgedeckt werden, jedoch ist es von Vorteil, die Nachgiebigkeit einer gummielastischen Kunststoffschicht für die Abdeckschicht 17 zu erreichen, um die mechanischen Belastungen, die auf das Hohlraumgehäuse 2 einwirken, von dem Sensorchip 4 zu entkoppeln.
    • 1
    Halbleitersensorbauteil
    2
    Hohlraumgehäuse
    3
    Hohlraum
    4
    Sensorchip
    5
    Sensorbereich
    6
    Öffnung im Hohlraumgehäuse
    7
    gummielastische Schicht
    8
    Rückseite des Sensorchips
    9
    Randseite des Sensorchips
    10
    Randseite des Sensorchips
    11
    Komplexe
    12
    Oberseite der gummielastischen Schicht
    13
    metallische Keime
    14
    Verdrahtungsleitung
    15
    Kontaktanschlussfläche
    16
    Oberseite der Komponenten
    17
    Abdeckschicht
    18
    Durchkontakt
    19
    Außenanschluss
    20
    Boden
    21
    Seitenwand
    22
    Kunststoffgehäusemasse
    23
    innere Leiterbahnen
    24
    Keimschicht
    25
    Bestrahlung
    26
    metallorganische Verbindung
    27
    leitfähige Position
    28
    Oberseite des Sensorchips
    29
    Kontaktfläche des Sensorchips
    30
    Kontaktfläche des Sensorchips
    31
    Leiterbahn auf dem Sensorchip
    Me
    Metall

Claims (15)

  1. Halbleitersensorbauteil mit einem Hohlraumgehäuse (2) und mit in dem Hohlraum (3) des Gehäuses (2) angeordneten Komponenten, die einen Sensorchip (4) mit Sensorbereich (5) aufweisen, wobei das Hohlraumgehäuse (2) eine Öffnung (6) zur Umgebung aufweist, und der Sensorbereich (5) der Öffnung (6) zugewandt ist, und wobei der Sensorchip (3) in dem Hohlraum (3) des Gehäuses (2) in eine gummielastische Schicht (7) mit seiner Rückseite (8) und seinen Randseiten (9, 10) eingebettet ist, wobei die gummielastische Schicht (7) spaltbare eingelagerte metallorganische oder anorganische metallhaltige Komplexe (11) aufweist, und wobei die Metalle (Me) der Komplexe (11) an der Oberseite (12) der gummielastischen Schicht (7) frei liegen und metallische Keime (13) von Verdrahtungsleitungen (14) bilden, wobei die Verdrahtungsleitungen (14) den Sensorbereich (5) des Sensorchips (4) mit Kontaktanschlussflächen (15) im Hohlraum (3) des Hohlraumgehäuses (2) elektrisch verbinden, und wobei auf den Oberseiten (16) der Komponenten innerhalb des Hohlraumgehäuses (2) eine gummielastische Abdeckschicht (17) angeordnet ist.
  2. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gummielastische Schicht (7) Silikongummi aufweist.
  3. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten in dem Hohlraum (3) auf ihren Oberseiten (16) eine photoempfindliche lithographisch strukturierte Lackschicht mit spaltbaren eingelagerten metallorgani schen oder anorganischen metallhaltigen Komplexen (11) aufweisen.
  4. Halbleitersensorbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gummielastische Abdeckschicht (17) ein optisch transparentes Elastomer aufweist.
  5. Halbleitersensorbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (4) über die Verdrahtungsleitungen (14) und über Durchkontakte (18) durch das Hohlraumgehäuse (2) mit Außenanschlüssen (19) des Halbleitersensorbauteils (1) elektrisch in Verbindung steht.
  6. Halbleitersensorbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlraumgehäuse (2) mindestens einen Boden (20) und Seitenwände (21) aufweist, die den Hohlraum (3) begrenzen, wobei auf dem Boden (20) die gummielastische Schicht (7) mit eingelagerten metallorganischen oder anorganischen metallhaltigen Komplexen (11) angeordnet ist.
  7. Halbleitersensorbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die eingelagerten metallorganischen oder anorganischen metallhaltigen Komplexe (11) mindestens ein Metall der Gruppe Kupfer, Nickel, Palladium, Kobalt, Magnesium, Platin, Iridium oder Silber aufweisen.
  8. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalle der eingelagerten spaltbaren metallorganischen oder anorganischen metallhaltigen Komplexe (11) mittels UV-Bestrahlung, Laserstrahlung und/oder Röntgenstrahlung freilegbar sind.
  9. Halbleitersensorbauteil nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Boden (20) und Wände (21) des Hohlraumgehäuses (2) eine Kunststoffgehäusemasse (22) aufweisen, die mit Keramikpartikeln gefüllt ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersensorbauteils (1) mit einem Hohlraumgehäuse (2) und einem in dem Hohlraum (3) des Gehäuses (2) angeordneten Sensorchip (4) mit Sensorbereich (5), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines Hohlraumgehäuses (2) mit inneren Leiterbahnen (23), die Kontaktanschlussflächen (15) aufweisen und mit Außenanschlüssen (19), die mit den inneren Leiterbahnen (23) elektrisch in Verbindung stehen und mit einem Hohlraumboden (20) sowie den Hohlraumboden (20) umgebenden Seitenwänden (21); – Auffüllen des Bodens (20) des Hohlraums (3) des Hohlraumgehäuses (2) mit einer gummielastischen Schicht (7), die spaltbare eingelagerte metallorganische oder anorganische metallhaltige Komplexe (11) aufweist; – Einbetten eines Sensorchips (4) mit seiner Rückseite (8) und seinen Randseiten (9, 10) in die gummielastische Schicht (7); – selektives Bestrahlen der Oberseite (12) der gummielastischen Schicht (7) unter Spalten der Komplexe (11) und Freilegen der Komplexmetalle (Me) zu strukturierten metallischen Keimschichten (24) für Verdrahtungsleitungen (14); – selektives Abscheiden von Metallen auf den strukturierten Keimschichten (24) zu Verdrahtungsleitungen (14) zwischen dem Sensorbereich (5) des Sensorchips (4) und den Kontaktanschlussflächen (15); – Aufbringen einer gummielastischen Abdeckschicht (17) in dem Hohlraum (4) des Hohlraumgehäuses (2).
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen eines Hohlraumgehäuses (2) mit inneren Leiterbahnen (23) und Außenanschlüssen (19) zunächst ein Flachleiterrahmen mit mehreren Gehäusepositionen hergestellt wird, wobei mittels Spritzgusstechnik die Seitenwände (21) und der Boden (20) in den Gehäusepositionen hergestellt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffüllen des Bodens (20) des Hohlraums (3) des Hohlraumgehäuses (2) mit einer gummielastischen Schicht (7) mittels Dispenstechnik erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Bestrahlen der Oberseite (12) der gummi elastischen Schicht (7) unter Spalten der Komplexe (11) und Freilegen der Metalle (Me) zu strukturierten metallischen Keimschichten (24) für elektrische Leiterbahnen (23) mittels Laserschreibstrahl erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Bestrahlen der Oberseite (12) der gummielastischen Schicht (7) mittels UV-Bestrahlung (25) oder Röntgenbestrahlung durch eine strukturierte Maske erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Bestrahlung die Oberseiten (16) der Komponenten in dem Hohlraum (3) mit einer photoempfindlichen lithographisch strukturierbaren Lackschicht mit spaltbaren eingelagerten metallorganischen oder anorganischen metallhaltigen Komplexen (11) beschichtet werden und anschließend die Lackschicht photolithographisch strukturiert wird.
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