DE102005056760A1 - Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und entsprechende Halbleiterchipanordnung - Google Patents
Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und entsprechende Halbleiterchipanordnung Download PDFInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips mit den Schritten: Bereitstellen eines Halbleiterchips (4) mit einer Vorderseite (VS), die einen Membranbereich (4a) und einen Peripheriebereich (5) aufweist, und einer Rückseite (RS), die eine an den Membranbereich (4a) angrenzende Kaverne (4c) aufweist; Vorsehen eines Substrats (1), welches eine Durchgangsöffnung (1a) aufweist; Montieren der Rückseite (RS) des Halbleiterchips (4) auf dem Substrat (1), derart, dass die Kaverne (4c) mit der Durchgangsöffnung (1a) in Fluidverbindung steht; und zumindest teilweises Befüllen der Kaverne (4c) mit einem Passivierungsgel (10) durch die Durchgangsöffnung (1a). Die Erfindung schafft ebenfalls eine entsprechende Halbleiterchipanordnung.
Description
- STAND DER TECHNIK
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und eine entsprechende Halbleiterchipanordnung.
- Obwohl auf beliebige Halbleiterchipanordnungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf eine mikromechanische Halbleiterchipanordnung mit einem Drucksensor erläutert.
- Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse müssen elektronische Bauelemente üblicherweise beim Montieren mit einer äußeren Passivierungsschicht versehen werden, z. B. mit einem Passivierungsgel. Insbesondere hilft ein derartiges Gel auch bei vereisendem Wasser oder anderweitigen ungewollten Ablagerungen, mechanische Spannungen von dem elektrischen Bauelement fernzuhalten.
- Die
DE 10 2004 011 203 offenbart verschiedene Beispiele für Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und entsprechende Halbleiterchipanordnungen. -
4 zeigt ein Beispiel für ein Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und eine entsprechenden Halbleiterchipanordnung in Querschnittsansicht zur Erläuterung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problematik. - In
4 bezeichnet Bezugszeichen1 ein Substrat, beispielsweise einen Keramiksockel, der eine Durchgangsöffnung1a aufweist. Ein Silizium-Sensorchip4 , hier ein Drucksensorchip, ist auf eine Glasplatte3 aus natriumhaltigen Glas (Pyrexglas) anodisch mit seiner Rückseite RS gebondet. Die Glasplatte3 ist mittels einer Klebeschicht2 auf das Substrat1 geklebt. Die Glasplatte3 weist ebenfalls eine Durchgangsöffnung3a auf, welche zur Durchgangsöffnung1a ausgerichtet ist, sodass eine Fluidverbindung zu einer Kaverne4c auf der Rückseite RS des Sensorchips4 vorhanden ist. Die Glasplatte3 dient zur Stressentkopplung der Spannungen, die beim Kleben oder Löten des Sensorchips1 auf das Substrat1 entstehen. - Die Vorderseite VS des Sensorchips
4 weist einen Membranbereich4a sowie einen Peripheriebereich5 auf. Im Membranbereich4 vorgesehen sind piezoresisistive Widerstände4b , um die Funktionalität als Drucksensor bereitzustellen. Vorgesehen im Peripheriebereich5 ist eine nicht näher ausgeführte Auswerteschaltung, die über Bonddrähte6 mit dem Substrat1 verbunden ist. - Die Herstellung des Membranbereichs
4a und des Peripheriebereichs5 erfolgt in einem integrierten üblicher Halbleiterprozess. Der Membranbereich4a ist insbesondere herstellbar durch ein anisotropes Ätzen der Rückseite RS des Sensorchips, z. B. KOH oder TMAH bzw. Trench-Ätzen (DRIE). - Weiterhin angebracht auf dem Substrat
1 ist ein Ringgehäuse8 , welches den auf dem Substrat1 montierten Sensorchip4 umgibt. Das Ringgehäuse8 ist mit einem Passivierungsgel7 derart befüllt, dass der Sensorchip4 vom Passivierungsgel7 vollständig bedeckt ist. Vorteilhaft bei der Befüllung mit dem Passivierungsgel7 ist es, dass nicht das gesamte Volumen des Ringgehäuses8 ausgefüllt ist, sodass eine Volumenänderung des Passivierungsgels7 über der Temperatur über eine Quellung in verschiedenen flüssigen oder gasförmigen Medien im noch zur Verfügung stehenden Volumen aufgefangen werden kann, ohne dass die Membran- bzw. Sensoreigenschaften beeinflusst werden. Auch kann so die Auswirkung von dem Gel eingeschlossenen Gasblasen, die sich ebenfalls über die Temperatur ausdehnen, abgefangen werden. - Problematisch bei diesem Bespiel ist, dass Verunreinigungen in die Kaverne gelangen und die Sensorfunktion negativ beeinflussen können. Eine mögliche Gegenmassnahme wäre das Vorsehen eines Siebes in den Durchgangsöffnungen. Jedoch könnte dann immer noch störendes Wasser in der Kaverne kondensieren und vereisen.
- VORTEILE DER ERFINDUNG
- Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht in einem zumindest teilweisen Befüllen der Kaverne mit einem Passivierungsgel durch die Durchgangsöffnung, wobei das Passivierungsgel derart gewählt ist, dass die gewünschte Membranfunktion erhalten bleibt.
- Das erfindungsgemässe Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die entsprechende Halbleiterchipanordnung gemäss Anspruch 11 weisen gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, dass ein einfacher kostengünstiger und Umgebungseinfluss-unempfindlicher Aufbau ermöglicht wird.
- Die erfindungsgemäße Passivierungsgelschicht auf der Rückseite des Membranbereichs in der Kaverne bietet folgende weiteren Vorteile:
- – Reduzierung der eindringenden Wassermenge bzw. vollständige Vermeidung von eindringendem Wasser;
- – Verringerung der mechanischen Spannung bei Eisbildung und damit Verringerung der Wahrscheinlichkeit von einem Membranbruch;
- – Vermeidung von Ablagerungen direkt auf der Membran mit der Folge von Kennliniendrift;
- – Korrosionsschutz vor basisch oder sauer angreifenden Agenzien;
- – Puffer (Feder) bei teilweiser Vereisung; und
- – Beliebige Einbaulage des Sensors (es muss nicht darauf geachtet werden, die Durchgangsöffnungen auf der Sensorrückseite nach unten einzubauen, so dass eindringendes oder kondensiertes Wasser nach unten abfließen kann).
- In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
- Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung wird zwischen der Rückseite des Halbleiterchips und dem Substrat eine Glasplatte montiert, die eine weitere Durchgangsöffnung aufweist, die eine Fluidverbindung zwischen der Durchgangsöffnung und der Kaverne bildet. Dies ermöglicht einen Spannungsausgleich zwischen Chip und Substrat.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird ein Teil des Passivierungsgels nach dem Befüllen wieder entfernt, wobei nach dem Entfernen ein dünner Film des Passivierungsgels im Entfernungsbereich verbleibt. Dies schafft eine effiziente Passivierung ohne grossen Einfluss auf den Membranbereich.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird ein Ringgehäuse auf dem Substrat montiert, welches den auf dem Substrat montierten Halbleiterchip umgibt, wobei das Ringgehäuse zumindest teilweise mit einem weiteren Passivierungsgel befüllt wird derart, dass der Halbleiterchip vom weiteren Passivierungsgel bedeckt ist.
- Gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Befüllen der Kaverne mittels einer Kunststoffnadel oder mittels eines Vakuum-Dispensierverfahrens.
- ZEICHNUNGEN
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Es illustrieren:
-
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und einer entsprechenden Halbleiterchipanordnung in Querschnittsansicht; -
2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und einer entsprechenden Halbleiterchipanordnung in Querschnittsansicht; -
3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und einer entsprechenden Halbleiterchipanordnung in Querschnittsansicht; und -
4 ein Beispiel für ein Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und eine entsprechenden Halbleiterchipanordnung in Querschnittsansicht zur Erläuterung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problematik. - BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
- In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
-
1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und einer entsprechenden Halbleiterchipanordnung in Querschnittsansicht. - Die in
1 dargestellte erste Ausführungsform geht aus von dem bereits mit Bezug auf4 beschriebenen Beispiel und unterscheidet sich insofern davon, dass die Kaverne4c des Sensorchips4 teilweise mit einem Passivierungsgel10 durch die Durchgangsöffnungen1a ,3a befüllt worden ist. Dabei kann das Passivierungsgel10 identisch sein mit dem Passivierungsgel7 , muss es aber nicht unbedingt. Das Gel7 bzw.10 muss eine Schutzfunktion aufweisen, darf jedoch die Membranfunktion (Sensoreigenschaft) und/oder die elektronische Schaltung nicht beeinträchtigen. - Die Befüllung der Kaverne
4c erfolgt zweckmäßigerweise von der Rückseite des Substrats1 her mittels einer weichen Kunststoffnadel20 , welche durch die Durchgangsöffnungen1a ,3a eingeführt wird. Durch die Verwendung eines weichen Kunststoffs ist gewährleistet, dass die Wände der Bohrung bzw. der Membranbereich4a nicht beschädigt werden können. Ein Ring25 wird dabei zwechmässigerweise als Anschlag (Metallring mit Außendurchmesser dicker als Keramikbohrung des Substrats) verwendet, so dass die Nadel25 nicht auf den Membranbereich4a auftreffen und diesen beschädigen kann. In der Serienfertigung kann die Positionierung einer derartigen Kunststoffnadel durch optische Erkennung erfolgen. Durch die Kontrolle der Einfüllöffnung ist gleichzeitig eine „lochfrei"-Prüfung möglich. Zu enge oder verschlossene Durchgangslöcher lassen sich kennzeichnen (ausinken). - Eine weitere Möglichkeit, das Gel
10 in die Kaverne4c einzuführen, besteht darin, ein Vakuum-Dispensierverfahren anzuwenden, bei dem ein oder mehrere Tröpfchen des Gels10 dispensiert werden. -
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und einer entsprechenden Halbleiterchipanordnung in Querschnittsansicht. - Bei der in
2 dargestellten zweiten Ausführungsform werden die Kaverne4c und das Durchgangsloch3a vollständig mit dem Passivierungsgel10 befüllt. -
3 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips und einer entsprechenden Halbleiterchipanordnung in Querschnittsansicht. - Bei der dritten Ausführungsform ist eine weitere Möglichkeit, das Passivierungsgel
10 einzubinden, dargestellt. Bei dieser Ausführungsform werden nämlich die gesamte Kaverne4c und auch die gesamten Durchgangslöcher3a ,1a mit Passivierungsgel befüllt, so dass das Passivierungsgel10 sämtliche Oberflächen benetzt. Anschließend wird ein Teil des Passivierungsgels10 wieder entfernt, vorzugsweise durch Absaugen mit der weichen Kunststoffnadel20 , so dass das Passivierungsgel10 nur in der Kaverne4c als Füllung zurückbleibt. Im Übrigen Entfernungsbereich verbleibt nach dem Entfernen ein dünner Film10a des Passivierungsgels10 . Die Schichtdicke des Films10a kann dabei über die Viskosität des Passivierungsgels10 eingestellt werden. Besonders vorteilhaft bei dieser Ausfüh rungsform ist, dass die Volumenausdehnung des Gels über der Temperatur oder eine mögliche Quellung in verschiedenen flüssigen oder gasförmigen Medien im Kavernenvolumen abgefangen werden kann, ohne die Membran- oder Sensoreigenschaften zu verändern. - Versuche mit Teil- (halbe Kavernenhöhe), Mittel- (Kaverne voll) und fast vollständiger Befüllung (Kaverne) plus ein Teil der Glasbohrung (z. B. 50 %) wurden durchgeführt. Die so behandelten Sensoren waren mit Rückseitengel innerhalb der Spezifikation abgleichbar. Alterungs- und Vereisungstests lieferten positive Resultate.
- Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert worden ist, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auch in anderer Weise ausführbar.
- In den obigen Beispielen wurden nur piezoresistive Sensorstrukturen betrachtet. Die Erfindung ist jedoch auch für kapazitive oder sonstige Sensorstrukturen geeignet, bei denen Membranen verwendet werden, wie z. B. einen Massenflusssensor oder ein Mikrofon (dynamischer Drucksensor).
Claims (17)
- Verfahren zum Montieren von Halbleiterchips mit den Schritten: Bereitstellen eines Halbleiterchips (
4 ) mit einer Vorderseite (VS), die einen Membranbereich (4a ) und einen Peripheriebereich (5 ) aufweist, und einer Rückseite (RS), die eine an den Membranbereich (4a ) angrenzende Kaverne (4c ) aufweist; Vorsehen eines Substrats (1 ), welches eine Durchgangsöffnung (1a ) aufweist; Montieren der Rückseite (RS) des Halbleiterchips (4 ) auf dem Substrat (1 ) derart, dass die Kaverne (4c ) mit der Durchgangsöffnung (1a ) in Fluidverbindung steht; und zumindest teilweises Befüllen der Kaverne (4c ) mit einem Passivierungsgel (10 ) durch die Durchgangsöffnung (1a ). - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rückseite (RS) des Halbleiterchips (
4 ) und das Substrat (1 ) eine Glasplatte (3 ) montiert wird, die eine weitere Durchgangsöffnung (3a ) aufweist, die eine Fluidverbindung zwischen der Durchgangsöffnung (1a ) und der Kaverne (4c ) bildet. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaverne (
4c ) vollständig befüllt wird. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaverne (
4c ) vollständig befüllt wird und die weitere Durchgangsöffnung (3a ) zumindest teilweise befüllt wird. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Durchgangsöffnung (
3a ) vollständig befüllt wird und die Durchgangsöffnung (1a ) zumindest teilweise befüllt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Passivierungsgels (
10 ) nach dem Befüllen wieder entfernt wird und nach dem Entfernen ein dünner Film (10a ) des Passivierungsgels (10 ) im Entfernungsbereich verbleibt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringgehäuse (
8 ) auf dem Substrat (1 ) montiert wird, welches den auf dem Substrat (1 ) montierten Halbleiterchip (4 ) umgibt, und das Ringgehäuse (8 ) zumindest teilweise mit einem weiteren Passivierungsgel (7 ) befüllt wird derart, dass der Halbleiterchip (4 ) vom weiteren Passivierungsgel (7 ) bedeckt ist. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen der Kaverne (
4c ) mittels einer Kunststoffnadel erfolgt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen der Kaverne (
4c ) mittels eines Vakuum-Dispensierverfahrens erfolgt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (
4 ) ein Drucksensorchip ist. - Halbleiterchipanordnung mit: einem Halbleiterchip (
4 ) mit einer Vorderseite (VS), die einen Membranbereich (4a ) und einen Peripheriebereich (5 ) aufweist, und einer Rückseite (RS), die eine an den Membranbereich (4a ) angrenzende Kaverne (4c ) aufweist; einem Substrat (1 ), welches eine Durchgangsöffnung (1a ) aufweist; wobei die Rückseite (RS) des Halbleiterchips (4 ) auf dem Substrat (1 ) derart auf dem Substrat (1 ) montiert ist, dass die Kaverne (4c ) mit der Durchgangsöffnung (1a ) in Fluidverbindung steht; und wobei die Kaverne (4c ) zumindest mit einem Passivierungsgel (10 ) befüllt ist. - Halbleiterchipanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rückseite (RS) des Halbleiterchips (
4 ) und dem Substrat (1 ) eine Glasplatte (3 ) montiert ist, die eine weitere Durchgangsöffnung (3a ) aufweist, die eine Fluidverbindung zwischen der Durchgangsöffnung (1a ) und der Kaverne (4c ) bildet. - Halbleiterchipanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaverne (
4c ) vollständig befüllt ist. - Halbleiterchipanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaverne (
4c ) vollständig befüllt ist und die weitere Durchgangsöffnung (3a ) zumindest teilweise befüllt ist. - Halbleiterchipanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Durchgangsöffnung (
3a ) vollständig befüllt ist und die Durchgangsöffnung (1a ) zumindest teilweise befüllt ist. - Halbleiterchipanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Passivierungsgels (
10 ) einen dünnen Film (10a ) des Passivierungsgels (10 ) bildet. - Halbleiterchipanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringgehäuse (
8 ) auf dem Substrat (1 ) montiert ist, welches den auf dem Substrat (1 ) montierten Halbleiterchip (4 ) umgibt, und das Ringgehäuse (8 ) zumindest teilweise mit einem weiteren Passivierungsgel (7 ) derart befüllt ist, dass der Halbleiterchip (4 ) von dem weiteren Passivierungsgel (7 ) bedeckt ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |