DE102006056361B4 - Modul mit polymerhaltigem elektrischen Verbindungselement und Verfahren - Google Patents

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Abstract

Modul, umfassend: — ein Trägerelement (11) mit elektrischen Kontaktelementen (12); — einen auf das Trägerelement (11) aufgebrachten Sensorchip (10) mit elektrischen Anschlüssen (13) auf der dem Trägerelement (11) abgewandten Seite; — ein einen der elektrischen Anschlüsse (13) des Sensorchips (10) mit einem der elektrischen Kontaktelemente (12) des Trägerelements (11) elektrisch verbindendes polymerhaltiges Verbindungselement (15); und — eine polymerhaltige Vergussmasse (16, 16a, 16b), welche den Sensorchip (10) zumindest teilweise umhüllt, wobei die Vergussmasse eine innere Vergussmassekomponente (16a) und eine die innere Vergussmassekomponente umgebende äußere Vergussmassekomponente (16b) aufweist, die innere Vergussmassekomponente (16a) weicher als die äußere Vergussmassekomponente (16b) ist und die innere und die äußere Vergussmassekomponente jeweils zumindest teilweise über der dem Trägerelement (11) abgewandten Seite des Sensorchips (10) angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Modul mit einem auf einem Trägerelement aufgebrachten Bauelement und insbesondere die elektrische Kontaktierung des Bauelements.
  • In der Mikroelektronik werden Bauelemente üblicherweise auf Trägerelementen montiert und anschließend gehäust (z. B. mit Kunststoffen umspritzt), wodurch ein Schutz der Bauelemente vor schädlichen Umwelteinflüssen gewährleistet werden soll. Beim Häusen des Bauelements, während späterer Montageschritte oder bei Temperaturzyklen im Betrieb kann es zu mechanischen Verspannungen zwischen dem Bauelement und den das Bauelement umgebenden Materialien kommen. Da viele Bauelemente wie Sensoren empfindlich auf mechanische Verspannungen reagieren und durch sie in ihrer Funktionsweise beeinträchtigt werden, ist es wünschenswert, solche mechanischen Verspannungen zu vermindern. In der Praxis wird dies häufig durch eine Verdickung des das Bauelement mit dem Trägerelement verbindenden Klebers erreicht, da von einer dickeren Kleberschicht Lateral- und Biegekräfte besser absorbiert werden können. Die Dicke der Kleberschicht, und somit die Menge der durch den Kleber aufgenommenen Verspannungen, ist allerdings bei konventionellen Verfahren zur Herstellung der elektrischen Kontaktierung des Bauelements mit dem Trägerelement nach oben begrenzt.
  • Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2005 037 321 A1 betrifft ein Halbleiterbauteil mit Leiterbahnen zwischen einem Halbleiterchip und einem Schaltungsträger. Die Leiterbahnen weisen ein elektrisch leitendes Polymer auf.
  • Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2005 034 873 A1 offenbart eine Anordnung mindestens eines elektrischen Bauelements und mindestens eines auf einer Bauelementoberfläche des Bauelements auflaminierten Folienverbunds, der mindestens eine elektrisch isolierende Kunststofffolie aufweist. Der Folienverbund weist mindestens eine elektrisch leitende Kunststofffolie mit einem elektrisch leitfähigen Leiterwerkstoff auf.
  • Die Druckschrift DE 10 2005 015 454 A1 betrifft ein Halbleiter-Sensorbauteil, bei welchem ein Sensorchip in einem Hohlraumgehäuse untergebracht ist. Hierbei ist der Sensorchip in eine gummielastische Schicht eingebettet, in welcher isoliert voneinander angeordnete spaltbare metallische Komplexe angeordnet sind. Durch eine Bestrahlung der Oberfläche dieser Schicht entstehen metallische Keime, auf welchen selektiv metallische Verdrahtungsleitungen hergestellt werden können.
  • Die Druckschrift US 6 435 414 B1 offenbart ein Modul, bei welchem ein Halbleiter-Schaltkreis auf einem Chip-Kartenträger montiert ist. Die elektrische Kontaktierung des Halbleiter-Schaltkreises erfolgt über Polymerdrähte, die beispielsweise durch ein Dispense-Verfahren aufgebracht werden.
  • Vor diesem Hintergrund umfasst ein Modul gemäß einem ersten Aspekt ein Trägerelement mit elektrischen Kontaktelementen, einen auf das Trägerelement aufgebrachten Sensorchip mit elektrischen Anschlüssen auf der dem Trägerelement abgewandten Seite und ein einen der elektrischen Anschlüsse des Sensorchips mit einem der elektrischen Kontaktelemente des Trägerelements elektrisch verbindendes polymerhaltiges Verbindungselement. Ferner umfasst das Modul eine polymerhaltige Vergussmasse, welche den Sensorchip zumindest teilweise umhüllt, wobei die Vergussmasse eine innere Vergussmassekomponente und eine die innere Vergussmassekomponente umgebende äußere Vergussmassekomponente aufweist, die innere Vergussmassekomponente weicher als die äußere Vergussmassekomponente ist und die innere und die äußere Vergussmassekomponente jeweils zumindest teilweise über der dem Trägerelement abgewandten Seite des Sensorchips angeordnet sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein Modul ein Trägerelement mit elektrischen Kontaktelementen, einen auf das Trägerelement aufgebrachten Sensorchip mit elektrischen Anschlüssen und ein polymerhaltiges, elektrisch leitfähiges Verbindungselement zwischen einem der elektrischen Anschlüsse des Sensorchips und einem der Kontaktelemente des Trägerelements, wobei sich das Verbindungselement über eine Seitenfläche des Sensorchips erstreckt. Ferner umfasst das Modul eine polymerhaltige Vergussmasse, welche den Sensorchip zumindest teilweise umhüllt, wobei die Vergussmasse eine innere Vergussmassekomponente und eine die innere Vergussmassekomponente umgebende äußere Vergussmassekomponente aufweist und die innere Vergussmassekomponente weicher als die äußere Vergussmassekomponente ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein Modul ein Trägerelement mit elektrischen Kontaktelementen, einen in einer an dem Trägerelement vorgesehenen Vertiefung montierten Sensorchip mit elektrischen Anschlüssen auf der dem Trägerelement abgewandten Seite und ein einen der elektrischen Anschlüsse des Sensorchips mit einem der elektrischen Kontaktelemente des Trägerelements elektrisch verbindendes polymerhaltiges Verbindungselement. Ferner umfasst das Modul eine polymerhaltige Vergussmasse, welche den Sensorchip zumindest teilweise umhüllt, wobei die Vergussmasse eine innere Vergussmassekomponente und eine die innere Vergussmassekomponente umgebende äußere Vergussmassekomponente aufweist und die innere Vergussmassekomponente weicher als die äußere Vergussmassekomponente ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein Modul ein Trägerelement mit elektrischen Kontaktelementen, einen auf das Trägerelement aufgebrachten Sensorchip mit elektrischen Anschlüssen auf der dem Trägerelement abgewandten Seite und ein einen der elektrischen Anschlüsse des Sensorchips mit einem der elektrischen Kontaktelemente des Trägerelements elektrisch verbindendes polymerhaltiges Verbindungselement. Ferner umfasst das Modul eine polymerhaltige Vergussmasse, welche den Sensorchip zumindest teilweise umhüllt, wobei die Vergussmasse eine innere Vergussmassekomponente und eine die innere Vergussmassekomponente umgebende äußere Vergussmassekomponente aufweist, die innere Vergussmassekomponente weicher als die äußere Vergussmassekomponente ist und die innere Vergussmassekomponente lediglich auf einer aktiven Fläche des Sensorchips angeordnet ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Moduls;
  • 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Moduls;
  • 3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens eines Moduls; und
  • 4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines eine Ausführungsform darstellenden dritten Moduls.
  • Im Folgenden werden Module beschrieben, die ein Bauelement umfassen, das ein elektrisches, elektromechanisches oder auch elektrooptisches Bauelement sein kann. Beispielhaft hierfür seien integrierte Schaltkreise, Sensor-Chips oder mikroelektromechanische Bauelemente (MEMS) genannt. Im Falle von Sensor-Chips kann es sich insbesondere um Druck- oder Magnetsensoren (z. B. Hall- oder GMR(Giant-Magneto-Resistance)-Sensoren) handeln. Hierbei und im Folgenden ist zu beachten, dass die Ansprüche Module betreffen, bei denen das Bauelement ein Sensorchip ist.
  • Die beschriebenen Module umfassen des Weiteren ein Trägerelement, auf welches das Bauelement montiert wird. Das Trägerelement kann hierbei beispielsweise aus einem Metall, einer Metalllegierung, einem Dielektrikum, einem Kunststoff oder einer Keramik gefertigt sein, aber auch aus mehreren der genannten Materialien bestehen. Das Trägerelement kann sowohl homogen beschaffen sein, als auch interne Strukturen, wie beispielsweise Leiterbahnen mit Umverdrahtungsfunktion, umfassen. Konkrete Beispiele für ein Trägerelement sind ein Die-Pad mit einem Leadframe oder ein Substrat mit Umverdrahtungsfunktionalität, wie es beispielsweise in der Flip-Chip Technologie verwendet wird.
  • Das Bauelement weist elektrische Anschlüsse auf, wobei mindestens einer dieser Anschlüsse über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement mit einem elektrischen Kontaktelement an dem Trägerelement elektrisch verbunden ist. Das Verbindungselement ist hierbei zumindest teilweise aus einem Polymer gefertigt. Insbesondere kann das Verbindungselement aus einem Epoxidharz gefertigt sein, dessen Leitfähigkeit durch beigemengte Metallkörner, insbesondere Silberkörner gegeben ist. Es kann sich auch um ein Verbindungselement aus einem intrinsisch leitfähigen Polymermaterial (z. B. Polyacethylene, Polypyrole) handeln.
  • Identische oder ähnliche Teile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In 1 ist als Beispiel ein Modul 1 im Querschnitt dargestellt. Das Modul 1 umfasst ein Bauelement 10, beispielsweise einen Halbleiterchip oder einen Sensor-Chip, sowie ein Trägerelement 11, auf welchem das Bauelement 10 montiert ist. Das Trägerelement 11 kann als ein sogenanntes Premold-Gehäuse aus Kunststoff realisiert sein. Ferner sind Außenkontaktanschlüsse 12 (Leads) dargestellt, die Bestandteile eines das Bauelement 10 umgebenden Metallrahmens (Leadframe) sein können, welcher aus zahlreichen solcher Außenkontaktanschlüssen 12 besteht. Die Außenkontaktanschlüsse 12 weisen auf dem Trägerelement 11 angeordnete, freiliegende Kontaktflächen 12a auf und ragen beispielsweise seitlich oder an der Unterseite des Trägerelements 11 aus dem Premold-Gehäuse heraus.
  • Anstelle eines Premold-Gehäuses mit einem integrierten Leadframe für die Außenkontaktanschlüsse 12 kann auch ein Trägerelement eingesetzt werden, welches aus einem Dielektrikum-Substrat besteht, in welchem mittels fotolithografisch erzeugter Umverdrahtungsleitungen (diese können entsprechend den in 1 gezeigten Außenkontaktanschlüssen 12 verlaufen) eine Signalverteilung zum Zwecke der elektrischen Kontaktierung des Trägerelements 11 an eine externe Schaltungsanordnung erfolgt.
  • Eine weitere, nicht dargestellte Möglichkeit besteht darin, das Trägerelement 11 aus einem Metall wie Aluminium, Kupfer oder Gold zu fertigen. Derartige Metallträger sind als Die-Pads in der Fertigung von Halbleiter-Bauelementen bekannt. Die Signalverteilung kann in diesem Fall wiederum durch ein Leadframe (entsprechend den Außenkontaktanschlüssen 12) erfolgen, wobei die Außenkontaktanschlüsse keine elektrische Verbindung zu dem Metallträger aufweisen dürfen.
  • Das Bauelement 10 und das Trägerelement 11 sind über einen haftenden Kleber 14 aneinander befestigt, wobei der Kleber 14 zumindest teilweise aus einem Polymer besteht. In der Praxis werden häufig aus Epoxidharzen bestehende Haftmittel als Kleber 14 verwendet. Es können auch Silikone, Bismaleinimide usw., jeweils mit oder ohne Füllstoffe, zum Einsatz kommen.
  • Elektrische Anschlüsse 13 des Bauelements 10 sind über elektrisch leitfähige Verbindungselemente 15 mit den Außenkontaktanschlüssen 12 elektrisch verbunden. Dadurch ist ein elektrischer Kontakt zwischen dem Bauelement 10 und externen Applikationen gegeben. Elektrische Signale können somit von den elektrischen Anschlüssen 13 des Bauelements 10 über die Verbindungselemente 15 und die Außenkontaktanschlüsse 12 an externe Applikationen und umgekehrt übermittelt werden.
  • Ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement 15 kann sich auch zwischen einem oder mehreren Anschlüssen 13 des Bauelements 10 und dem (in diesem Fall metallischen) Trägerelement 11 erstrecken. Dadurch kann sich während des Betriebes des Moduls auf dem Bauelement 10 ansammelnde Ladung auf das Trägerelement 11 abgeführt werden. Verbindungselemente mit der beschriebenen Funktionalität sind die aus der Praxis bekannten Ground Bonds.
  • Die Verbindungselemente 15 sind zumindest teilweise aus einem Polymer, insbesondere einem Epoxidharz gefertigt. Die Leitfähigkeit kann z. B. durch beigemengte Silberpartikel bewirkt werden. Die Verbindungselemente 15 sind in der in 1 gezeigten Ausführungsform in Art eines Drahts als längliche Schichtelemente ausgebildet. Sie liegen im Wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge an dem Bauelement 10 und gegebenenfalls dem Kleber 14 sowie dem Trägerelement 11 an – sind also im Gegensatz zu herkömmlichen metallischen Bonddrähten nicht freitragend, sondern gestützt.
  • Sofern das Bauelement 10 elektrisch leitend ist, müssen die Verbindungselemente 15 gegenüber dem Bauelement 10 isoliert werden. Ist das Bauelement 10 ein Chip, kann gegebenenfalls ein Chip-Design verwendet wird, das einen Kurzschluss bei der Seitenkontaktierung ausschließt. Ansonsten muss die Chip-Seitenkante gegenüber dem Verbindungselement 15 elektrisch isoliert werden. Dies kann durch Abscheiden einer Passivierungsschicht (z. B. SiO2-Schicht aus einem Plasma-Abscheidungsprozess) nach dem Vereinzeln eines Wafers in das Bauelement 10 (Chip) erfolgen. Weitere Möglichkeiten der Passivierung der Seitenflächen bestehen in einer thermischen Oxidation der Seitenflächen, dem Auftragen einer Isolierschicht auf die Seitenflächen des Chips nach der Chip-Montage (beispielsweise durch Aufbringen eines isolierenden Polymers um den Chip herum) oder durch Aufbringen bzw. Laminieren einer Folie auf den Chip mit nachträglichem öffnen der Folie an den elektrischen Anschlüssen 13. Die genannten Verfahren können nicht nur bei Chips, sondern auch bei anderen Bauelementen eingesetzt werden.
  • Die polymerhaltigen, elektrisch leitenden Verbindungselemente 15 ersetzen metallische Bonddrähte, die bei konventionellen Modulen verwendet werden. Die Verwendung metallischer Bonddrähte in konventionellen Modulen hat zur Folge, dass die Dicke des Klebers 14 limitiert ist. Grund hierfür ist, dass metallische Bonddrähte über einen Reibschweiß-Vorgang mittels Anwendung von Ultraschall an den jeweiligen Kontaktflächen befestigt werden. Im Falle einer zu dicken Kleberschicht funktioniert das Drahtbond-Verfahren nicht mehr, da in diesem Fall aufgrund der elastischen Lagerung des Bauelements 10 nicht mehr ausreichend Energie des Ultraschalls zur Herstellung der gewünschten elektrischen Kontaktierung einkoppeln kann.
  • Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel, d. h. bei einem Modul, dessen Verbindungselemente 15 nicht durch konventionelle Drahtbonds, sondern polymerhaltige Verbindungselemente 15 gegeben sind, kann das Problem einer oberen Begrenzung der Kleberdicke umgangen werden, da andere Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen 13 des Bauelements 10 und der Außenkontaktanschlüsse 12 des Trägerelements 11 verwendet werden. Diese Verfahren werden untenstehend näher erläutert. Dadurch können Kleberdicken verwendet werden, welche über der Dicke von 100 Mikrometern liegen. Auch größere Kleberdicken von über 150 oder 200 oder 250 Mikrometern sind durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich.
  • Die beschriebenen Elemente des Moduls 1 können wie in dem in 2 dargestellten Modul 2 mit einer Vergussmasse 16 umgossen sein. Zu diesem Zweck kann das Bauelement 10 in einer Kavität oder Vertiefung montiert sein. Die Vertiefung kann durch Seitenwände 17 realisiert sein, welche ebenfalls zumindest teilweise aus einem Polymer gefertigt sein können und beispielsweise integrale Bestandteile des Trägerelements 11 (d. h. beispielsweise eines Premold-Gehäuses) bilden. Die Vergussmasse 16 kann zum Beispiel ein Glob-Top bzw. Polymervergussmaterial oder ein nicht-leitendes Silikongel sein. Die Vergussmasse 16 kann dazu dienen, die Elemente des Moduls vor Umwelteinflüssen, wie Schmutz, Nasse oder auch mechanischen Stoßen, zu schützen.
  • Während des Verguss-Schrittes mit Vergussmasse 16, einer Montage des Moduls 2 oder des Betriebs des Moduls 2 kann es zu Lateral- und Biegespannungen zwischen dem Bauelement 10 und an das Bauelement 10 angrenzenden Elementen des Moduls 2 kommen. Speziell die erwähnten Biegespannungen sind im Falle von Drucksensoren unerwünscht, da sie die Funktionsweise des Sensor-Chips stark beeinflussen. Während bei herkömmlichen Modulen aneinander grenzende Modulbestandteile (insbesondere Polymer- und Metallbestandteile) in der Regel unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, können bei den Modulen 1, 2 die Materialeigenschaften der mit dem elektrischen Bauelement 10 in mechanischem Kontakt stehenden Modulkomponenten (z. B. Kleber 14, Verbindungselement 15, Vergussmasse 16), wie im Folgenden noch naher ausgeführt, so aufeinander abgestimmt bzw. einander angeglichen werden, dass die auf das Bauelement 10 wirkenden mechanischen Kräfte klein gehalten werden können.
  • Eine relevante Materialgröße für die erwähnte Abstimmung der das Bauelement 10 umgebenden Materialien ist der thermische Ausdehnungskoeffizient derselben. Im Falle ähnlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der betroffenen Modulkomponenten werden durch Temperaturschwankungen erzeugte Verspannungen an den Grenzflächen vermindert. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Klebers 14, des Verbindungselements 15 und der Vergussmasse 16 lassen sich durch Variationen von Füllstoffen in hohem Maße variieren, z. B. im Bereich 10 10–6 K–1 (hoher Füllgrad) bis 80 10–6 K–1 (ungefüllt). Dies ermöglicht es, die mechanischen Materialeigenschaften der das Bauelement 10 umgebenden Komponenten (im vorliegenden Beispiel das Verbindungselement 15, der Kleber 14 und gegebenenfalls die Vergussmasse 16) untereinander abzustimmen. Beispielsweise kann der Füllgrad der Komponenten so gewählt werden, dass deren thermische Ausdehnungskoeffizienten nicht um mehr als 50% (gegebenenfalls 30%) voneinander abweichen.
  • Darüber hinaus ist die Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der das Bauelement 10 umgebenden Komponenten (z. B. Verbindungselement 15, Kleber 14, gegebenenfalls Vergussmasse 16) an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Bauelements 10 zu berücksichtigen. Im Falle eines Silizium-Chips ist der thermische Ausdehnungskoeffizient von Silizium (ca. 4 10–6 K–1) zu beachten. Der Füllgrad der polymerhaltigen Komponenten sollte also relativ hoch gewählt werden und kann beispielsweise im Bereich von 10 10–6 K–1 bis 30 10–6 K–1 liegen. Durch eine derartige Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der genannten Materialien kann eine Verminderung der bereits beschriebenen Lateral- und Biegespannungen sowohl beim Verguss-Schritt als auch bei einem im späteren Betrieb stattfindenden Temperaturzyklus erzielt. werden.
  • Eine weitere Materialgröße, die zwischen betroffenen Modulkomponenten abgestimmt werden kann, ist das Elastizitätsmodul dieser Komponenten. Durch angepasste, d. h. ähnliche Elastizitätsmodule aneinander grenzender Modulkomponenten können ebenfalls Lateral- und Biegespannungen klein gehalten werden. Beispielsweise kann gegebenenfalls auch für die Elastizitätsmodule eine maximale Abweichung von 50% (gegebenenfalls 30%) vorgesehen sein. Eine Anpassung der Elastizitätsmodule wirkt sich im Fall des Auftretens äußerer mechanischer Beanspruchungen (z. B. bei der Modulmontage) günstig aus.
  • Eine dritte Einflussgröße sind die Glaspunkte der verwendeten polymerhaltigen Materialien. Der Glaspunkt eines Polymers kann als eine Art Phasenübergang verstanden werden. Wird eine polymerspezifische Glastemperatur überschritten, wird die Reibung zwischen den Moleküle des Polymers verringert, d. h. das Polymer wird auf makroskopischer Ebene elastischer. Unterhalb dieser polymerspezifischen Glastemperatur hat das Polymer eine sprödere Beschaffenheit. Für die oben beschriebene „schwimmende” Lagerung sollten daher die für die Herstellung der Modulkomponenten verwendeten, polymerhaltigen Materialien eine Glastemperatur aufweisen, welche unterhalb der für die Anwendung spezifischen Betriebstemperatur des Moduls liegt. Typische Glastemperaturen liegen für den Kleber 14 und das Verbindungselement 15 beispielsweise im Bereich zwischen 0°C und 100°C. Bei Vergussmaterialien kann der Glaspunkt über einen weiten Bereich variieren. Bei Gelen, die für eine besonders spannungsfreie Lagerung des Bauelements 10 bevorzugt sind, liegt eine typische Glastemperatur in der Größenordnung von –100°C. Typische Vergussmassen 16, beispielsweise Duroplaste, weisen eine Glastemperatur von etwa 150°C auf.
  • Des Weiteren kann es speziell im Falle optischer Bauelemente 10 und einer Umhüllung dieser Bauelemente 10 durch mehrere Materialien von Bedeutung sein, dass die das Bauelement 10 einhüllenden Materialien transparent und ihre optischen Eigenschaften aufeinander abgestimmt sind. Als transparente Vergussmasse 16 kann ebenfalls Epoxidharz oder Silikon verwendet werden. Im Fall einer transparenten Vergussmasse 16 muss gegebenenfalls die Konzentration der Füllstoffe reduziert bzw. vollständig auf Füllstoffe verzichtet werden, da diese zur Eintrübung bzw. Verringerung der Transparenz bei Temperaturbelastung fuhren.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das in den 1 und 2 dargestellte Bauelement 10 allein und gegebenenfalls vollständig, d. h. an allen Außenflächen, von Materialien umgeben ist, die aus einem Polymer gefertigt sind.
  • Die durch einen dicken Kleber erzielbare „schwimmende” Lagerung des Bauteils 10 wird durch die elektrischen Verbindungselemente 15 nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt und kann durch die elektrischen Verbindungselemente 15 gegebenenfalls noch verbessert werden. Die Vergussmasse 16 kann ebenfalls die „schwimmende” Lagerung des Bauelements 10 günstig beeinflussen.
  • Bei dem in 3 dargestellten Verfahren wird zunächst das Bauelement 10 mit elektrischen Anschlüssen 13 sowie das Trägerelement 11 bereitgestellt. Das Bauelement 10 wird dann auf dem Trägerelement 11 aufgebracht, siehe Schritt S1. Hierzu wird der Kleber 14 verwendet, welcher zumindest teilweise aus einem Polymer besteht. Der Kleber 14 ist nicht-leitend, um keinen Kurzschluss mit den möglicherweise über den Kleber 14 verlaufenden Verbindungselementen 15 zu erzeugen. Außerdem kann so ein Kurzschluss zwischen dem Bauelement 10 und dem eventuell leitenden Trägerelement 11 verhindert werden, falls dieser Kontakt nicht gewünscht ist. Es ergibt sich die oben beschriebene Möglichkeit einer erhöhten Dicke des Klebers 14. Nach dem Aufbringen des Bauelements 10 auf den Kleber 14 wird derselbe ausgehärtet (Schritt S2).
  • Im Verfahrensschritt S3 wird mittels des elektrisch leitfähigen Verbindungselements 15 eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen 13 des Bauelements 10 und den Kontaktflächen 12a der Außenkontaktanschlüsse 12 hergestellt. Das Verbindungselement 15 wird hierzu zunächst in flüssiger Form auf das Bauelement 10 (und eventuell weitere Modulelemente, wie den Kleber 14 oder das Trägerelement 11) aufgebracht (Schritt S3). Das Aufbringen kann mittels eines Dispense-Verfahrens erfolgen. Das polymerhaltige Material wird bei diesem Verfahren bei einer Temperatur von etwa 150°C durch eine Düse auf das Bauelement 10 „aufgespritzt” und anschließend im Ofen ausgehärtet. Die Dicke des drahtförmigen Verbindungselements 15 sowie seine geometrische Form kann durch die geometrische Form der Düse beeinflusst werden. Ein Kurzschluss zwischen der Seitenkante des Bauelements (Chips) 10 und dem Verbindungselement 15 wird in der bereits beschriebenen Weise durch vorhergehendes Passivieren der Seitenkante des Säuelements 10 verhindert.
  • Alternativ zum beschriebenen Dispense-Verfahren kann das polymerhaltige Verbindungselement 15 auch durch ein Ink-Jet-Verfahren auf das Bauelement 10 aufgebracht werden. Hierbei wird das polymerhaltige Material ähnlich der Funktionsweise eines Tintenstrahldruckers auf das Bauelement 10 „gedruckt”.
  • Nach dem Aufbringen des leitfähigen Polymers wird dieses, z. B. durch eine Erwärmung, ausgehärtet, siehe Schritt S4.
  • Anschließend können das Bauelement 10 und gegebenenfalls die angrenzenden Polymerstrukturen (z. B. Kleber 14, Verbindungselemente 15) noch mit einer polymerhaltigen, nicht-leitenden Vergussmasse 16, wie beispielsweise Silikongel, umhüllt werden. Dieser Verfahrensschritt kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen.
  • Eine Möglichkeit besteht in dem bereits erwähnten Dispense-Verfahren, wobei hier das Bauelement 10 in einer Kavität oder Vertiefung gemäß 2 montiert sein sollte. Beim Dispensen wird die Anordnung innerhalb der Vertiefung vollständig von der Vergussmasse 16 aus einem (nicht leitfähigen) Polymermaterial umhüllt.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht in einem Spritzgieß-Verfahren, bei welchem das Bauelement 10 und die angrenzenden Polymerstrukturen mit duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoffen umspritzt werden.
  • Das umhüllen des Bauelements 10 sowie gegebenenfalls der angrenzenden Polymerstrukturen kann auch durch eine Kombination der oben genannten Verfahren erfolgen. Zuerst wird ein weiches bzw. elastisches Gel durch ein Dispense-Verfahren aufgebracht. Das elastische Gel kann entweder die gesamte Anordnung innerhalb der Vertiefung umhüllen oder lediglich über dem Säuelement 10 oder über dessen empfindlicher aktiver Flache appliziert werden. Danach kann für die äußere Umhüllung ein vergleichsweise härteres bzw. unelastischeres Polymermaterial verwendet werden, welches zumindest in den Bereichen, in welchen das elastische Gel appliziert wurde, nicht direkt an das Bauelement 10 oder die benachbarten Polymerstrukturen angrenzt. Das härtere Polymermaterial kann in Art eines äußeren Gehäuses zum Schutz des Moduls vorteilhaft sein, wobei durch das darunter liegende weiche Gel die auf das Bauelement 10 einwirkende mechanische Beanspruchung weiterhin relativ gering gehalten werden kann. Die äußere Umhüllung mit dem härteren Polymermaterial kann durch ein Dispense-Verfahren oder ein Spritzgieß-Verfahren vorgenommen werden. 4 zeigt ein Beispiel eines auf diese Weise hergestellten Moduls 3, wobei das weichere Vergussmaterial bzw. Gel 16a in dem hier dargestellten Beispiel lediglich auf der aktiven Fläche des Bauelements 10 (z. B. Drucksensor) abgelagert ist. Die vollständige Umhüllung des Bauelements 10 sowie der angrenzenden Polymerstrukturen wird durch die darüber liegende, härtere Polymerschicht 16b bewirkt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass z. B. bei Drucksensoren ein Hohlraum (nicht dargestellt) über der aktiven Fläche des Bauelements 10 vorgesehen sein kann, der mittels eines die Vergussmasse 16, 16a, 16b durchlaufenden Kanals mit der Umwelt verbunden ist. Eine in der aktiven Fläche des Bauelements 10 vorhandene Membran zur Druckaufnahme ist in diesem Fall nicht in Kontakt mit der Vergussmasse 16, 16a, 16b. Beispielsweise können Reifendrucksensoren von diesem Bautyp sein. Bei anderen Drucksensoren ist ein solcher Hohlraum nicht vorhanden, sodass die vorzugsweise weiche Vergussmasse (Gel) 16 den zu messenden Druck direkt auf eine in der aktiven Fläche des Bauelements 10 befindliche Membran weitergibt. Beispielsweise können Drucksensoren zur barometrischen Höhenmessung ohne Hohlraum über der aktiven Flache realisiert sein. Dasselbe gilt auch für Drucksensoren, die als Airbag-Sensoren (Aufprallsensoren) eingesetzt werden und auf eine Druck-Stoßwelle ansprechen.

Claims (30)

  1. Modul, umfassend: – ein Trägerelement (11) mit elektrischen Kontaktelementen (12); – einen auf das Trägerelement (11) aufgebrachten Sensorchip (10) mit elektrischen Anschlüssen (13) auf der dem Trägerelement (11) abgewandten Seite; – ein einen der elektrischen Anschlüsse (13) des Sensorchips (10) mit einem der elektrischen Kontaktelemente (12) des Trägerelements (11) elektrisch verbindendes polymerhaltiges Verbindungselement (15); und – eine polymerhaltige Vergussmasse (16, 16a, 16b), welche den Sensorchip (10) zumindest teilweise umhüllt, wobei die Vergussmasse eine innere Vergussmassekomponente (16a) und eine die innere Vergussmassekomponente umgebende äußere Vergussmassekomponente (16b) aufweist, die innere Vergussmassekomponente (16a) weicher als die äußere Vergussmassekomponente (16b) ist und die innere und die äußere Vergussmassekomponente jeweils zumindest teilweise über der dem Trägerelement (11) abgewandten Seite des Sensorchips (10) angeordnet sind.
  2. Modul nach Anspruch 1, wobei der Sensorchip (10) mit einem polymerhaltigen Kleber (14) auf dem Trägerelement (11) befestigt ist.
  3. Modul nach Anspruch 2, wobei die Dicke des Klebers (14) mindestens 100 Mikrometer beträgt.
  4. Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei der Kleber (14) ein elektrischer Isolator ist.
  5. Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Kleber auf der Basis eines Epoxidharzes oder eines Silikons oder eines Bismaleinimids aufgebaut ist.
  6. Modul nach Anspruch 1, wobei die Vergussmasse (16, 16a, 16b) oder mindestens eine Komponente der Vergussmasse (16a, 16b) transparent sind.
  7. Modul nach Anspruch 1, wobei der Sensorchip (10) ein Drucksensor ist.
  8. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensorchip (10) in einer an dem Trägerelement (11) vorgesehenen Vertiefung (17) montiert ist.
  9. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensorchip (10) allein mit Polymermaterialien in mechanischem Kontakt steht.
  10. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensorchip (10) vollständig von Polymermaterialien umhüllt ist.
  11. Modul nach Anspruch 9 oder 10, wobei die den Sensorchip (10) mechanisch kontaktierenden oder umhüllenden Polymermaterialien das Verbindungselement (15), einen Kleber (14) und/oder die Vergussmasse (16, 16a, 16b) umfassen.
  12. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (15) aus einem Polymer besteht, welches mit leitfähigen Partikeln, insbesondere Silberpartikeln, gefüllt ist.
  13. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verbindungselement (15) aus einem intrinsisch leitfähigen Polymer besteht.
  14. Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei das Verbindungselement (15) und der Kleber (14) ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  15. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (15) und die Vergussmasse (16, 16a, 16b) ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  16. Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei der Kleber (14) und die Vergussmasse (16, 16a, 16b) ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  17. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (15) und/oder der Kleber (14) und/oder die Vergussmasse (16, 16a, 16b) einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie Silizium aufweisen.
  18. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Kontaktelemente (12) des Trägerelements (11) in Form eines Leadframe ausgebildet sind.
  19. Modul, umfassend: – ein Trägerelement (11) mit elektrischen Kontaktelementen (12); – einen auf das Trägerelement (11) aufgebrachten Sensorchip (10) mit elektrischen Anschlüssen (13); – ein polymerhaltiges, elektrisch leitfähiges Verbindungselement (15) zwischen einem der elektrischen Anschlüsse (13) des Sensorchips (10) und einem der Kontaktelemente (12) des Trägerelements (11), wobei sich das Verbindungselement (15) über eine Seitenfläche des Sensorchips (10) erstreckt; und – eine polymerhaltige Vergussmasse (16, 16a, 16b), welche den Sensorchip (10) zumindest teilweise umhüllt, wobei die Vergussmasse eine innere Vergussmassekomponente (16a) und eine die innere Vergussmassekomponente umgebende äußere Vergussmassekomponente (16b) aufweist und die innere Vergussmassekomponente (16a) weicher als die äußere Vergussmassekomponente (16b) ist.
  20. Modul nach Anspruch 19, wobei das Verbindungselement an der Seitenfläche des Sensorchips (10) anliegt.
  21. Verfahren, umfassend: – Bereitstellen eines Sensorchips (10) mit elektrischen Anschlüssen (12) und eines Trägerelements (11) mit Kontaktelementen (12); – Aufbringen des Sensorchips (10) auf das Trägerelement (11); – Herstellen eines einen elektrischen Anschluss (12) des Sensorchips (10) mit einem Kontaktelement (12) des Trägerelements (11) elektrisch verbindenden, polymerhaltigen Verbindungselements (15); und – Aufbringen einer polymerhaltigen Vergussmasse (16, 16a, 16b) derart, dass der Sensorchip (10) zumindest teilweise von der polymerhaltigen Vergussmasse (16, 16a, 16b) umhüllt sind, wobei die Vergussmasse eine innere Vergussmassekomponente (16a) und eine die innere Vergussmassekomponente umgebende äußere Vergussmassekomponente (16b) aufweist, die innere Vergussmassekomponente (16a) weicher als die äußere Vergussmassekomponente (16b) ist und die innere und die äußere Vergussmassekomponente jeweils zumindest teilweise über der dem Trägerelement (11) abgewandten Seite des Sensorchips (10) angeordnet sind.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Sensorchip (10) mittels eines Klebers (14) auf dem Trägerelement (11) befestigt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Verbindungselement (15) in flüssiger Form aufgebracht wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei das Verbindungselement (15) mittels eines Dispense-Verfahrens aufgebracht wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei das Verbindungselement (15) mittels eines Ink-Jet-Verfahrens aufgebracht wird.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei das Verbindungselement (15) nach dem Aufbringen ausgehärtet wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, wobei der Sensorchip (10), das Trägerelement (11) und das Verbindungselement (15) zumindest teilweise von einer Vergussmasse (16, 16a, 16b) umgossen werden.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, wobei die Vergussmasse (16, 16a, 16b) durch ein Dispense-Verfahren aufgetragen wird.
  29. Modul, umfassend: – ein Trägerelement (11) mit elektrischen Kontaktelementen (12); – einen in einer an dem Trägerelement (11) vorgesehenen Vertiefung (17) montierten Sensorchip (10) mit elektrischen Anschlüssen (13) auf der dem Trägerelement (11) abgewandten Seite; – ein einen der elektrischen Anschlüsse (13) des Sensorchips (10) mit einem der elektrischen Kontaktelemente (12) des Trägerelements (11) elektrisch verbindendes polymerhaltiges Verbindungselement (15); und – eine polymerhaltige Vergussmasse (16, 16a, 16b), welche den Sensorchip (10) zumindest teilweise umhüllt, wobei die Vergussmasse eine innere Vergussmassekomponente (16a) und eine die innere Vergussmassekomponente umgebende äußere Vergussmassekomponente (16b) aufweist und die innere Vergussmassekomponente (16a) weicher als die äußere Vergussmassekomponente (16b) ist.
  30. Modul, umfassend: – ein Trägerelement (11) mit elektrischen Kontaktelementen (12); – einen auf das Trägerelement (11) aufgebrachten Sensorchip (10) mit elektrischen Anschlüssen (13) auf der dem Trägerelement (11) abgewandten Seite; – ein einen der elektrischen Anschlüsse (13) des Sensorchips (10) mit einem der elektrischen Kontaktelemente (12) des Trägerelements (11) elektrisch verbindendes polymerhaltiges Verbindungselement (15); und – eine polymerhaltige Vergussmasse (16, 16a, 16b), welche den Sensorchip (10) zumindest teilweise umhüllt, wobei die Vergussmasse eine innere Vergussmassekomponente (16a) und eine die innere Vergussmassekomponente umgebende äußere Vergussmassekomponente (16b) aufweist, die innere Vergussmassekomponente (16a) weicher als die äußere Vergussmassekomponente (16b) ist und die innere Vergussmassekomponente (16a) lediglich auf einer aktiven Fläche des Sensorchips (10) angeordnet ist.
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