DE10201710A1 - Halbleitersensor für eine physikalische Größe - Google Patents

Halbleitersensor für eine physikalische Größe

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Abstract

Auf das Massepotential einer Stromversorgung innerhalb eines Halbleiterchips (21) herabgezogene Anschlußflächen DOLLAR I1 sind relativ nahe an einer Masseanschlußfläche DOLLAR I2 angeordnet, während auf das Speisepotential der Stromversorgung innerhalb des Chips (21) hochgezogene Anschlußflächen DOLLAR I3 relativ nahe bei einer Stromversorgungsanschlußfläche DOLLAR I4 angeordnet sind. Von den Eingangs/Ausgangsanschlußflächen, die für eine digitale Einstellung zur Gewinnung eines vorbestimmten Ausgangssignals verwendet worden sind, sind die herabgezogenen Anschlußflächen DOLLAR I5 sowie die Masseanschlußfläche DOLLAR I6 über innere freiliegende Abschnitte (24), Drähte (26) und einen Leiter (29) für den Anschluß an externe Masse elektrisch mit einem Masseanschluß außerhalb des Chips verbunden. Die hochgezogenen Anschlußflächen DOLLAR I7 und die Stromversorgungsanschlußfläche DOLLAR I8 sind über innere freiliegende Abschnitte (24), Drähte (26) und einen Leiter (28) für den Anschluß an eine externe Stromversorgung mit einem Stromversorgungsanschluß außerhalb des Chips elektrisch verbunden. Die Anschlüsse können auf einem Gehäuse oder einem Montagesubstrat (200) elektrisch miteinander verbunden werden. Dadurch wird ein kostengünstiger, genau arbeitender und zuverlässiger Halbleitersensor für eine physikalische Größe geschaffen, der eine verbesserte Störfestigkeit aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe wie beispielsweise einen Drucksensor oder einen Beschleunigungssensor, der für Anwendungen in Automobilen oder für medizinische Zwecke oder industrielle Anwendungen verwendet wird.
Die zunehmende Anzahl, Dichte und Leistung von verschiedenen fortschrittlichen Steuersystemen in Fahrzeugen und der elektrischen oder elektromagnetischen Strahlung, die mit den Kommunika­ tionserfordernissen der fortgeschrittenen informationsbasierten Gesellschaft verknüpft sind, hat zu zunehmenden Störungen geführt. Dementsprechend besteht ein großer Bedarf an Verbesse­ rungen bei der Störfestigkeit elektronischer Komponenten zur Verwendung in Automobilen.
Außerdem sind Druck-, Beschleunigungs- und andere Sensoren meistens so ausgelegt, daß sie kleine Signale verstärken und somit bei Störungen sehr störanfällig sind. Dies trifft auch bei medizinischen oder industriellen Sensoren zu.
Durch Störungen verursachte spezielle Defekte in Sensoren sind beispielsweise die Zerstörung von Elementen aufgrund von statischer Elektrizität oder von Überspannungen und Fehlfunktionen von Sensorsignalen, die durch Strahlungs- oder Ausbreitungsstörungen induziert werden. Es sind Maßnahmen erforderlich, um diese Defekte zu verhindern.
Um Strahlungs- und Ausbreitungsstörungen zu verhindern, sind herkömmliche Drucksensoren gemäß Darstellung in Fig. 7 aufgebaut. In derartigen Drucksensoren blockt eine metalldosenför­ mige Metallkappe 64 mögliche externe Strahlungsstörungen ab, um zu verhindern, daß ein auf einem Glassockel 62 montierter Drucksensorchip 61 dadurch beeinträchtigt wird. Außerdem sind Durchführungskondensatoren 66 mit etwa 1 bis 10 nF in Anschlußabschnitten (ein Druckeinlaß­ rohr 63 und eine Metallplatte 65) montiert, um Ausbreitungsstörungen hiervon fernzuhalten.
Ein herkömmlicher Aufbau mit einem derartigen dosenförmigen Gehäuse, der Metallkappe 64 und den Durchführungskondensatoren 66 erhöht jedoch die Kosten des Sensors.
Bei einem weiteren herkömmlichen Drucksensor, der ein Kunstharzgehäuse aufweist, wie in Fig. 8 gezeigt, ist eine Metallplatte 74 in einen äußeren Gehäuseteil aus Kunstharz eingebettet, um einen Drucksensorchip 71 auf einem Glassockel 72 vor Strahlungsstörungen zu schützen, oder ein Durchführungskondensator ist auf einem externen Substrat 75 montiert, um Ausbreitungsstö­ rungen von einem Anschluß (Stecker 76) zu entfernen.
Selbst bei solchen herkömmlichen Gehäusekonfigurationen erhöht jedoch das Vorsehen der zusätzlichen Teile, d. h. der Metallplatte 74 und der Durchführungskondensatoren, die Kosten.
Des weiteren erfordert eine Drucksensorschaltung, die unter Verwendung eines CMOS-Prozesses aufgebaut ist, mehrere Anschlüsse für die digitale Einstellung. In den meisten Fällen sind diese Anschlüsse mit einer externen Vorrichtung durch Drahtbonden verbunden und dienen somit als Wege, durch die externe Störungen in den Sensor eindringen können, wodurch die Störfestigkeit verschlechtert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu lösen und einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe zu schaffen, der mit relativ geringen Kosten eine deutlich verbesserte Störfestigkeit gegen externe Störungen schafft.
Diese Aufgabe wird mit einem Halbleitersensor gemäß Anspruch 1, 6, 8, 9 bzw. 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß verbessert die obige Konfiguration die Störfestigkeit eines Halbleitersensors, der digitale Daten in analoge Daten für eine digitale Einstellung in Antwort auf ein Signal von einer Sensorschaltung umsetzt, die angibt, daß eine analoge Größe erfaßt worden ist. Des weiteren kann erfindungsgemäß ein Halbleitersensor mit hoher Störfestigkeit in einem Gehäuse implementiert werden. Darüber hinaus kann erfindungsgemäß ein Halbleitersensor mit hoher Störfestigkeit auf einem Montagesubstrat implementiert werden. Schließlich kann erfindungsge­ mäß ein Halbleitersensor mit hoher Störfestigkeit in einfacher Weise implementiert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen­ den, nicht beschränkenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht einer Anordnung von Anschlußflächen eines Halbleitersensorchips zur Verwendung in jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht einer Konfiguration eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3(A) und 3(B) eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4(A) und 4(B) eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 eine Draufsicht einer Konfiguration eines Halbleitersensors für eine physikalische Größe gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6(A) und 6(B) Graphen der vor der Implementierung der vorliegenden Erfindung gewonnenen Ergebnisse eines Tests (elektrische Feldstärke: 200 V/m) bzw. der nach der Implemen­ tierung der vorliegenden Erfindung gewonnenen Ergebnisse eines Tests (elektrische Feldstärke: 200 V/m),
Fig. 7 eine Schnittansicht eines Beispiels eines herkömmlichen Drucksensors und
Fig. 8 eine Schnittansicht eines anderen Beispiels eines herkömmlichen Drucksensors.
Fig. 1 zeigt eine Konfiguration eines Halbleitersensorchips, der für einen Halbleitersensor für eine physikalische Größe verwendet wird, der in den später beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird. In Fig. 1 weist ein Halbleiterchip 11 einen Sensorabschnitt 12 (bei dem beispielsweise eine auf einer Druckerfassungsmembran (nicht gezeigt) gebildeter Deh­ nungsmesser gebildet ist), eine Verarbeitungsschaltung, die Ausgangssignale aus dem Deh­ nungsmesser verarbeitet, sowie Anschlußflächen 13 bis 17 auf, die alle auf dem Chip gebildet sind.
Die Anschlußflächen 13 bis 17 umfassen eine auf ein hohes Potential (Speisepotential) der Stromversorgung hochgezogene (beispielweise über einen Widerstand mit einem Punkt hohen Potentials verbundene) Anschlußfläche 13 für die digitale Einstellung, eine auf ein niedriges Potential (Massepotential) der Stromversorgung herabgezogene (beispielweise über einen Widerstand mit Masse verbundene) Anschlußfläche 14 für die digitale Einstellung, eine Stromver­ sorgungsanschlußfläche (Vcc) 15, eine Sensorausgangssignalanschlußfläche (Vout) 16 und eine Masseanschlußfläche (GND) 17. Wie der Halbleitersensorchip 11 sind die Anschlußflächen in zwei Gruppen unterteilt: Eine Gruppe 18 aus Anschlußflächen (Anschlußflächen 13 und 15), die an eine Stromversorgung außerhalb des Halbleitersensorchips 11 angeschlossen sind, und eine Gruppe 19 von Anschlußflächen (Anschlußflächen 14 und 17), die an Masse außerhalb des Halbleitersensorchips 11 angeschlossen sind.
Bei dem Halbleitersensorchip 11 wird die Anschlußfläche 13 auf das Speisepotential der Stromversorgung (normalerweise High) hochgezogen. Außerdem wird die Anschlußfläche 14 auf das Massepotential (normalerweise Low) herabgezogen. Bei dem Halbleitersensorchip 11 sind somit die Anschlußfläche 13 und die Anschlußfläche 14 elektrisch an das Speisepotential bzw. an das Massepotential angeschlossen. Dadurch werden diese Potentiale fixiert, um die Stör­ festigkeit zu verbessern.
Bei dem Halbleiterchip 11 ist die Anschlußfläche 13 relativ nahe bei der Anschlußfläche 15 angeordnet. Diese Anordnung der Anschlußflächen erleichtert den elektrischen Anschluß der Anschlußfläche 13 zusammen mit der Anschlußfläche 15 an die Stromversorgung unter Verwen­ dung eines außerhalb des Halbleiterchips 11 gelegenen externen Stromversorgungsanschlußlei­ ters (nicht gezeigt).
Des weiteren ist bei dem Halbleiterchip die Anschlußfläche 14 relativ nahe bei der Anschlußflä­ che 17 angeordnet. Eine derartige Anordnung der Anschlußflächen erleichtert den elektrischen Anschluß der Anschlußfläche 14 zusammen mit der Anschlußfläche 17 an Masse (GND) unter Verwendung eines außerhalb des Halbleiterchips 11 gelegenen externen Masseverbindungsdrahts (nicht gezeigt).
Die obige Anordnung der Anschlußflächen erleichtert die Herstellung der elektrischen Verbindun­ gen außerhalb des Halbleitersensorchips 11, wodurch Umhüllungs- bzw. Abschirmteile verein­ facht werden, was die Kosten reduziert, wobei ein komplizierter Umhüllungsprozeß vermieden wird. Des weiteren sind die Anschlußflächengruppen 18 und 19 mit dem externen Stromversor­ gungsanschlußleiter bzw. Masseanschlußleiter verbunden, wodurch die Störfestigkeit verbessert wird.
Die von Kreisen umschlossenen Zahlen in Fig. 1 sind zusätzlich angegeben, um ein einfaches Verständnis der Korrespondenz mit anderen Figuren zu ermöglichen. Die Bezugszahl bezeichnet die Masseanschlußfläche (GND), ist die Stromversorgungsanschlußfläche (Vcc), , und sind die auf das Massepotential der Stromversorgung herabgezogenen Anschlußflächen für die digitale Einstellung, und sind die auf das Speisepotential der Stromversorgung hochgezoge­ nen Anschlußflächen für die digitale Einstellung, und ist die Ausgabeanschlußfläche für das Sensorsignal (Vout).
Erste Ausführungsform
Fig. 2 zeigt eine Konfiguration eines Halbleitersensors 20 für eine physikalische Größe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Halbleitersensorchip 21 in Fig. 2 ist dem in Fig. 1 gezeigten Halbleitersensorchip 11 äquiva­ lent. In diesem Beispiel ist ein Kunstharzgehäuse 25, in dem der Halbleitersensorchip 21 untergebracht ist, mit einem Leiter 29 zum Anschluß an externe Masse und ein Leiter 28 zum Anschluß an eine externe Stromversorgung vorgesehen. Durch Verwendung dieser Leiter 28 und 29 sind externe Abschnitte des Halbleiterchips 21, deren Potential herabgezogen bzw. hochge­ zogen ist, an den Masseanschlußleiter 29 bzw. den Stromversorgungsanschlußleiter 28 ange­ schlossen.
Das Kunstharzgehäuse 25 weist acht Leiterrahmen 27 auf: d. h., jeweils vier an seinen zwei Seiten (die Leiterrahmen sind mit 27- bis 27- bezeichnet; der der "Masseanschlußfläche " entsprechende ist mit "27-" bezeichnet), sowie den Masseanschlußleiter 29 und den Stromver­ sorgungsanschlußleiter 28, die beide in es eingegossen sind. Die Bezugszahl 24 bezeichnet einen Abschnitt des Leiterrahmens 27, der durch das Kunstharzgehäuse 25 durchgeführt ist und in dessen Innerem freiliegt (dieser Abschnitt wird nachstehend als "innerer freiliegender Abschnitt 24" bezeichnet, und der der "Masseanschlußfläche " entsprechende ist mit "24-" bezeich­ net).
Der Leiter 28 ist nahe bei denjenigen der Anschlußflächen, die innerhalb des Kunstharzgehäuses 25 und auf dem Halbleitersensorchip 21 gebildet sind, angeordnet, die an die Stromversorgung angeschlossen sind, d. h. den Anschlußflächen , und .
Der Masseleiter 29 ist nahe bei denjenigen der Anschlußflächen, die innerhalb des Kunstharzge­ häuses 25 und auf dem Halbleitersensorchip 21 gebildet sind, angeordnet, die an Masse angeschlossen sind, d. h. den Anschlußflächen , , und .
Ein Teil jedes der Leiter 28 und 29 - beispielsweise ihre entgegengesetzten Enden - sind in das Kunstharzgehäuse 25 eingegossen und gegenüber den Leiterrahmen 27 isoliert.
Ein Aufnahmeabschnitt des Kunstharzgehäuses 25 weist einen unter Verwendung eines Klebstoffs - beispielsweise einen auf Basis von Epoxid oder Silikon - mit ihm verbundenen Glassockel (nicht gezeigt) auf, auf dem der Halbleitersensorchip 21 angeordnet ist. Die Anschluß­ flächen des Halbleitersensorchips 21 sind mit den inneren freiliegenden Abschnitten 24 der entsprechenden Leiterrahmen unter Verwendung beispielsweise von Aluminiumdrähten 26 drahtgebondet und elektrisch verbunden.
Die inneren freiliegenden Abschnitte 24-, 24- und 24- entsprechend der Masseanschlußflä­ che des Halbleitersensorchips 21 und den Anschlußflächen , und sind unter Verwen­ dung von Aluminiumdrähten 26 mit dem Masseleiter 29 drahtgebondet und elektrisch verbunden.
Die inneren freiliegenden Abschnitte 24-, 24- und 24- entsprechend der Stromversorgungs­ anschlußfläche des Halbleitersensorchips 21 und den Anschlußflächen und sind unter Verwendung von Aluminiumdrähten 26 mit dem Stromversorgungsleiter 28 drahtgebondet und elektrisch verbunden. Sensorausgangssignale werden aus dem Leiterrahmen 27- gewonnen, der der Sensorausgangssignalanschlußfläche entspricht.
Der Masseleiter 29, der Stromversorgungsleiter 28 und der Leiterrahmen 27 sind aus Stoffen wie beispielsweise Phosphorbronze oder Eisen-Nickel-Legierung, insbesondere eine mit 42% Nickel und Rest Eisen, hergestellt.
Das Kunstharzgehäuse 25 ist aus Stoffen wie beispielsweise Epoxidharz oder PPS (Polyphenylen­ sulfid) gebildet. Diese Harze dienen dazu, die auf den Halbleitersensorchip 21 ausgeübten thermischen Spannungen zu reduzieren.
Der Betrieb des Halbleitersensors 20 für eine physikalische Größe umfaßt das Anlegen einer Speisespannung zwischen den Stromversorgungsleiterrahmen 27- und den Masseanschlußrah­ men 27-, Umsetzen (beispielsweise) eines von einem Sensorabschnitt 22 des Halbleitersensor­ chips 21 erfaßten Drucks in ein elektrisches Signal und das Verarbeiten dieses Signals in der Verarbeitungsschaltung, um das verarbeitete Signal über den Leiterrahmen 27- an der An­ schlußfläche auszugeben.
Die Einstellung von Ausgangssignalen aus dem Halbleitersensor 20 für eine physikalische Größe wird nun beschrieben. Die (acht) Anschlußflächen des Halbleitersensorchips 21 sind mit den entsprechenden inneren freiliegenden Abschnitten 24 drahtgebondet und elektrisch verbunden. Um ein vorbestimmtes Ausgangssignal aus dem Halbleitersensor auf eine physikalische Größe zu gewinnen, werden Einstellgrößen über die Leiterrahmen 27- bis 27- in ein EPROM oder ähnliches geschrieben, das für die elektrische Einstellung in den Halbleitersensorchip 21 einge­ baut ist. Nach dieser Einstellung werden, um die Anschlußflächen und auf das Speisepoten­ tial außerhalb des Halbleitersensorchips 21 zu fixieren, die inneren freiliegenden Abschnitte 26- und 26- mit dem Stromversorgungsleiter 28 drahtgebondet. Des weiteren werden, um die Anschlußflächen , und auf das Potential außerhalb des Halbleitersensorchips 21 herabge­ zogen, die inneren freiliegenden Abschnitte 24-, 24- und 24- mit dem Masseleiter 29 drahtgebondet.
Bei dieser Konfiguration wird das Potential der Einstellanschlußflächen auf das Speisepotential oder das Massepotential außerhalb des Halbleitersensorchips 21 fixiert. Demzufolge wird selbst dann, wenn der Sensor einer Störung unterworfen ist, das Potential der Anschlußflächen an einer Änderung gehindert, wodurch eine Fehlfunktion des Halbleitersensors 20 verhindert wird.
Der Masseleiter 29 kann einstückig mit dem Masseleiterrahmen 27- gebildet sein, während der Stromversorgungsleiter 28 einstückig mit dem Stromversorgungsleiterrahmen 27- gebildet sein kann. Eine derartige einstückige Ausbildung verhindert ebenfalls Fehlfunktionen.
Zweite Ausführungsform
Fig. 3 zeigt eine Konfiguration, bei der ein Halbleitersensor 30 für eine physikalische Größe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem ihn umhüllenden Kunstharzgehäuse untergebracht ist.
Der Halbleitersensor 30 für eine physikalische Größe entspricht dem in Fig. 2 gezeigten Halblei­ tersensor 20, bei dem der Stromversorgungsleiter 28 und der Masseleiter 29 außerhalb des Kunstharzgehäuses 25 angeordnet sind und nicht in ihm (dies ist ein Beispiel, bei dem Größen- oder Montagebeschränkungen verhindern, daß der Stromversorgungsleiter 28 und der Masseleiter 29 in das Kunstharzgehäuse 25 eingebaut werden).
D. h., gemäß Fig. 3 umfaßt der Halbleitersensor 30 ein Kunstharzgehäuse 35 mit acht Leiterrah­ men 37, d. h. jeweils vier an seinen zwei Seiten (die Leiterrahmen sind mit 37- bis 37- bezeichnet; der der "Anschlußfläche " entsprechende ist mit "37-" bezeichnet), einen in einem Aufnahmeabschnitt des Gehäuses 35 unter Zwischenlage eines Glassockels 32 aufge­ nommenen Halbleitersensorchip 31, Drähte 36, die jeweils eine Anschlußfläche des Halbleiter­ ensorchips 31 mit einem inneren freiliegenden Abschnitt eines entsprechenden Leiterrahmens 37 verbinden, einen Stromversorgungsleiter 38, der die Leiterrahmen 37-, 37- und 37- nach außen anschließt, und einen Masseleiter 39, der die Leiterrahmen 37-, 37-, 37- und 37- nach außen anschließt.
Der Stromversorgungsleiter 38 und der Masseleiter 39 sind außerhalb des Kunstharzgehäuses 35 angeordnet und auf derjenigen Seite des Kunstharzgehäuses 35 gebildet, die von der Seite abgewandt ist, an der der Halbleitersensorchip 31 montiert ist. Die Leiter 38 und 39 können sich in Kontakt mit dem Kunstharzgehäuse 35 befinden, müssen dies aber nicht.
Die Einstellung der Ausgangssignale aus dem Halbleitersensor 30 wird nun beschrieben. Die Anschlußflächen des Halbleitersensorchips 31 sind mit den inneren freiliegenden Abschnitten der entsprechenden Leiterrahmen 37 drahtgebondet und mit ihnen elektrisch verbunden. Um ein vorbestimmtes Ausgangssignal aus dem Halbleitersensor zu gewinnen, werden Einstellgrößen über die Leiterrahmen 37- bis 37- in ein EPROM oder ähnliches geschrieben, das für die elektrische Einstellung in dem Halbleitersensorchip eingebaut ist. Nach dieser Einstellung wird, um die Anschlußflächen und auf das Speisepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 35 zu fixieren, der Stromversorgungsleiter 38 elektrisch mit den Leiterrahmen 37-, 37- und 37- verbunden. Außerdem wird, um die Anschlußflächen , und auf das Massepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 35 zu fixieren, der Masseleiter 39 elektrisch mit den Leiter­ rahmen 37-, 37-, 37- und 37- verbunden.
In Fig. 3 umfaßt der Sensor ein Umhüllungskunstharzgehäuse 34 mit einem Steckverbinderan­ schluß 70 (der sich aus einem Stromversorgungsanschluß, einem Masseanschluß und einem Ausgangssignalanschluß zusammensetzt), der in es eingegossen ist, einen Aufnahmeabschnitt für das Kunstharzgehäuse und in diesem Fall eine Zugangsöffnung 100, durch die der Druck Zugang hat. Das Umhüllungskunstharzgehäuse 34 ist beispielsweise aus einem auf Nylon basierenden Kunstharz oder PBTP (Polybutylenterephthalat) gebildet. Der Steckverbinderanschluß 70 ist aus Phosphorbronze oder Eisen-Nickel-Legierung, insbesondere eine mit 42% Nickel und Rest Eisen, gebildet.
Das Kunstharzgehäuse 35 ist mit dem Aufnahmeabschnitt des Umhüllungskunstharzgehäuses 34 unter Verwendung eines Klebstoffs, beispielsweise einem auf Silikon oder Epoxid basierenden, verbunden. Der Halbleitersensorchip 31 in dem Kunstharzgehäuse 35 ist der Zugangsöffnung 100 gegenüber positioniert.
Von den Leiterrahmen 37 des Kunstharzgehäüses 35 ist der mit der Masseanschlußfläche des Halbleitersensorchips 31 drahtgebondete und verbundene, 37-, an den Masseanschluß des Steckverbinderanschlusses 70 angeschlossen. Der an die Stromversorgungsanschlußfläche angeschlossene Leiterrahmen 37- ist an den Stromversorgungsanschluß des Steckverbinderan­ schlusses 70 angeschlossen, und der an die Sensorsignalausgabefläche angeschlossene Leiterrahmen 37- ist an den Ausgangsanschluß des Steckverbinderanschlusses 70 angeschlos­ sen. Alternativ ist den Leiterrahmen 37 des Kunstharzgehäuses 35 der mit der Masseanschluß­ fläche des Halbleitersensorchips 31 drahtgebondete und verbundene, 37-, an den Stromver­ sorgungsanschluß des Steckverbinderanschlusses 70 angeschlossen. Der an die Stromversor­ gungsanschlußfläche angeschlossene Leiterrahmen 37- ist dann an den Masseanschluß des Steckverbinderanschlusses 70 angeschlossen, und der an die Sensorsignalausgabefläche angeschlossene Leiterrahmen 37- ist an den Ausgangsanschluß des Steckverbinderanschlusses 70 angeschlossen.
Ein Umhüllungskunstharzdeckel 33 ist mit dem Umhüllungskunstharzgehäuse 34 unter Verwen­ dung eines Klebstoffs, beispielsweise einem auf Silikon oder Epoxid basierenden, verbunden.
Bei dem Steckverbinderanschluß 70 setzen sich die Anschlußabschnitte des Stromversorgungs­ anschlusses und des Masseanschlusses jeweils aus drei Schichten zusammen, nämlich dem Anschluß 70, dem Leiterrahmen 37 und dem Leiter 38 (bzw. 39), während sich der Anschlußab­ schnitt des Ausgangsanschlusses aus dem Ausgangsanschluß und dem Leiterrahmen 37 zusammensetzt. Die anderen Anschlußabschnitte setzen sich jeweils aus dem Leiterrahmen 37 und dem Leiter 38 (bzw. 39) zusammen. Diese Anschlußabschnitte werden durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden.
Bei dieser Konfiguration wird das Potential der Einstellanschlußflächen auf das Speisepotential oder das Massepotential außerhalb des Halbleitersensorchips 31 (auch außerhalb des Kunstharz­ gehäuses 35) fixiert. Demzufolge wird selbst dann, wenn der Sensor einer Störung unterworfen ist, verhindert, daß das Potential der Anschlußflächen variiert, wodurch Fehlfunktionen des Halbleitersensors 30 verhindert werden.
Dritte Ausführungsform
Fig. 4 zeigt eine Konfiguration, bei der ein Halbleitersensor 40 für eine physikalische Größe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in einem Umhüllungskunstharzgehäuse untergebracht ist.
Der Halbleitersensor 40 in Fig. 4 ist dem in Fig. 3 gezeigten Halbleitersensor 30 ähnlich.
D. h., gemäß Fig. 4 umfaßt der Halbleitersensor 40 ein Kunstharzgehäuse 45 mit acht Leiterrah­ men 37, d. h. jeweils vier an seinen beiden Seiten (die Leiterrahmen sind mit 47- bis 47- bezeichnet; der der "Masseanschlußfläche " entsprechende ist mit "47-" bezeichnet), einen in einem Aufnahmeabschnitt des Gehäuses 45 unter Zwischenlage eines Glassockels 42 unterge­ brachten Halbleitersensorchip 41, Aluminiumdrähte 46, die jeweils eine Anschlußfläche des Halbleitersensorchips 41 mit einem inneren freiliegenden Abschnitt eines entsprechenden Leiterrahmens 47 verbinden, einen Stromversorgungsleiter 48, der die Leiterrahmen 47-, 47- und 47- nach außen elektrisch anschließt, und einen Masseleiter 49, der die Leiterrahmen 47-, 47-, 47- und 47- nach außen elektrisch anschließt.
Der Stromversorgungsleiter 48 und der Masseleiter 49 sind außerhalb des Kunstharzgehäuses 45 angeordnet und in diesem Fall in einem Umhüllungskunstharzgehäuse 44 gebildet.
Die Einstellung von Ausgangssignalen aus dem Halbleitersensor 40 wird nun beschrieben. Die Anschlußflächen des Halbleitersensorchips 41 sind mit den inneren freiliegenden Abschnitten der entsprechenden Leiterrahmen 47 drahtgebondet und elektrisch mit ihnen verbunden. Um ein vorbestimmtes Ausgangssignal aus dem Halbleitersensor zu gewinnen, werden Einstellgrößen über die Leiterrahmen 47- bis 47- in ein EPROM oder ähnliches geschrieben, das für die elektrische Einstellung in den Halbleitersensorchip 41 eingebaut ist. Nach dieser Einstellung wird, um die Anschlußflächen und auf das Speisepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 45 zu fixieren, der Stromversorgungsleiter 48 mit den Leiterrahmen 47-, 47- und 47- elektrisch verbunden. Außerdem wird, um die Anschlußflächen , und auf das Massepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 45 zu fixieren, der Masseleiter 49 mit den Leiterrahmen 47-, 47-, 47- und 47- elektrisch verbunden.
Unter Bezug auf Fig. 4 wird nun die Konfiguration beschrieben, in der der Halbleitersensor 40 im Umhüllungskunstharzgehäuse 44 untergebracht ist. Das Umhüllungskunstharzgehäuse 44 umfaßt einen Stromversorgungsleiter 48A, der durch Integrieren eines Stromversorgungsanschlusses eines Steckverbinderanschlusses 80 und des Leiters 48 für den externen Stromversorgungsan­ schluß gebildet ist, einen Masseleiter 49A, der durch Integrieren eines Masseanschlusses des Steckverbinderanschlusses 80 und des Leiters 49 für den externen Anschluß an Masse gebildet ist, und einen Ausgangsanschluß des Steckverbinderanschlusses 80, die jeweils in das Gehäuse eingegossen sind. Des weiteren ist, wie in dem in Fig. 3 dargestellten Fall, das Umhüllungskunst­ harzgehäuse 44 mit einem Aufnahmeabschnitt für das Kunstharzgehäuse und einer Zugangsöff­ nung 110 versehen, durch die der Druck Zugang hat. Die Anschlußleiter 48A und 49A sind aus Stoffen wie beispielsweise Phosphorbronze oder Eisen-Nickel-Legierung, insbesondere eine mit 42% Nickel und Rest Eisen, gebildet.
Das Kunstharzgehäuse 45 ist mit dem Aufnahmeabschnitt des Umhüllungskunstharzgehäuses 44 unter Verwendung eines Klebstoffs, beispielsweise einem auf Silikon oder Epoxid basierenden, verbunden. Der Halbleitersensorchip 41 im Kunstharzgehäuse 45 ist der Zugangsöffnung 110 gegenüber positioniert.
Ein Umhüllungskunstharzdeckel 43 ist mit dem Umhüllungskunstharzgehäuse 44 unter Verwen­ dung eines Klebstoffs, beispielsweise einem auf Silikon oder Epoxid basierenden, verbunden.
Von den Leiterrahmen 47 des Kunstharzgehäuses 45 sind die Leiterrahmen 47-, 47- und 47- mit dem Stromversorgungsleiter 48A verbunden. In ähnlicher Weise sind die Leiterrahmen 47-, 47-, 47- und 47- mit dem Masseleiter 49A verbunden, während der Leiterrahmen 47- mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist. Diese Verbindungsabschnitte setzen sich jeweils aus zwei Schichten zusammen, nämlich dem Leiter 48A (bzw. 49A) für den externen Anschluß und dem Leiterrahmen 47, die durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden sind.
Bei dieser Konfiguration wird das Potential der Einstellanschlußflächen auf dem Speisepotential oder dem Massepotential außerhalb dem Halbleitersensorchip 41 (auch außerhalb des Kunstharz­ gehäuses 45) fixiert. Demzufolge wird das Potential der Anschlußflächen selbst dann gehindert zu variieren, wenn der Sensor einer Störung unterworfen ist, wodurch verhindert wird, daß der Halbleitersensor 40 Fehlfunktionen aufweist.
Vierte Ausführungsform
Fig. 5 zeigt eine Konfiguration, bei der ein Halbleitersensor 50 für eine physikalische Größe gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung auf einem Substrat montiert ist.
Der Halbleitersensor 50 in Fig. 5 ist dem in Fig. 3 gezeigten Halbleitersensor 30 ähnlich.
D. h., gemäß Fig. 5 umfaßt der Halbleitersensor 50 (ein Halbleitersensorchip, Drähte oder innere freiliegende Abschnitte der Leiterrahmen 57 in einem Kunstharzgehäuse 55 sind nicht dargestellt) ein Kunstharzgehäuse 55 mit acht Leiterrahmen 57, d. h. jeweils vier an seinen beiden Seiten (die Leiterrahmen sind mit 57- bis 57- bezeichnet; der der "Masseanschlußfläche " entspre­ chende ist mit "57-" bezeichnet), den in einem Aufnahmeabschnitt des Gehäuses 55 unter Zwischenlage eines Glassockels untergebrachten Halbleitersensorchip, die Aluminiumdrähte, von denen jeder eine Anschlußfläche des Halbleitersensorchips mit dem inneren freiliegenden Abschnitt des entsprechenden Leiterrahmens 57 verbindet, einen Stromversorgungsleiter 58A, der die Leiterrahmen 57-, 57- und 57- nach außen anschließt, und einen Masseleiter 59A, der die Leiterrahmen 57-, 57-, 57- und 57- nach außen anschließt.
Der Stromversorgungsleiter 58A und der Masseleiter 59A sind außerhalb des Kunstharzgehäuses 55 angeordnet und in diesem Fall auf einem Substrat 200 gebildet.
Gemäß Fig. 5 weist ein Substrat 200 (beispielsweise ein Glasepoxidharzsubstrat, ein Keramik­ substrat oder ähnliches) einen Stromversorgungsanschlußleiter 58A, der einen Stromversor­ gungsleiter und einen damit integrierten Leiter für den externen Anschluß an die Stromversorgung umfaßt, einen Masseanschlußleiter 59A, der einen Masseleiter und einen damit integrierten Leiter für den externen Anschluß an Masse umfaßt, und einen Sensorausgangssignalleiter 90 auf, wobei die Leiter auf dem Substrat in unterschiedlichen vorbestimmten Mustern gebildet sind. Der Stromversorgungsanschlußleiter 58A, der Masseanschlußleiter 59A und der Sensorausgangs­ signalleiter 90 auf dem Substrat 200 weisen Durchkontaktierungslöcher 210 auf, die an Stellen entsprechend den jeweiligen Leiterrahmen 57 des Kunstharzgehäuses 55 gebildet sind. Die Leiterrahmen 57 des Kunstharzgehäuses 55 werden umgebogen, in die im Substrat 200 gebildeten entsprechenden Durchkontaktierungslöcher 210 eingesetzt und dann verlötet.
Die Einstellung von Ausgangssignalen aus dem Halbleitersensor 50 wird nun beschrieben. Die Anschlußflächen des Halbleitersensorchips sind mit den inneren freiliegenden Abschnitten der entsprechenden Leiterrahmen 57 drahtgebondet und elektrisch verbunden. Um ein vorbestimmtes Ausgangssignal aus dem Halbleitersensor 50 zu gewinnen, werden Einstellgrößen über die Leiterrahmen 57- bis 57- in ein EPROM oder ähnliches geschrieben, das für die elektrische Einstellung im Halbleitersensorchip eingebaut ist. Nach dieser Einstellung werden, um die Anschlußflächen und auf das Speisepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 55 zu fixieren, die Leiterrahmen 57-, 57- und 57- mit dem auf dem Substrat 200 gebildeten Stromversorgungsanschlußleiter 58A elektrisch verbunden. Außerdem werden, um die Anschluß­ flächen , und auf das Massepotential außerhalb des Kunstharzgehäuses 55 zu fixieren, die Leiterrahmen 57-, 57-, 57- und 57- mit dem auf dem Substrat 200 gebildeten Massean­ schlußleiter 59A elektrisch verbunden.
Bei dieser Konfiguration wird das Potential der Einstellanschlußflächen auf das Speisepotential oder das Massepotential außerhalb des Halbleitersensorchips (auch außerhalb des Kunstharzge­ häuses 55) fixiert. Somit wird das Potential der Anschlußflächen selbst dann daran gehindert zu variieren, wenn der Sensor einer Störung unterworfen ist, wodurch eine Fehlfunktion des Halbleitersensors 50 vermieden wird.
In diesem Beispiel weist das Substrat 200 die in ihm gebildeten Durchkontaktierungslöcher 210 auf, aber die Leiterrahmen 57 können auch ohne jegliche Durchkontaktierungslöcher 210 durch Umbiegen der Enden der Leiterrahmen 57 mit dem Stromversorgungsanschlußleiter 58A, dem Masseanschlußleiter 59A und dem Sensorausgangssignalleiter 90 elektrisch verbunden werden.
Fig. 6(A) zeigt die Ergebnisse eines EMB-Tests bei einem herkömmlichen Drucksensor unter Verwendung einer elektrischen Feldstärke von 200 V/m. Fig. 6(B) zeigt die Ergebnisse eines EMB-Tests bei einem Drucksensor, bei dem die vorliegende Erfindung implementiert wurde, wobei der Test ebenfalls eine elektrische Feldstärke von 200 V/m verwendet.
Die Fig. 6 geben an, daß die vorliegende Erfindung die Stärke der Variationen im Ausgangssignal des Sensors unter einer Feldemission mit einer elektrischen Feldstärke von 200 V/m erheblich reduziert. Somit ist nachgewiesen, daß die vorliegende Erfindung die Störfestigkeit gegen externe Störungen dramatisch verbessert.
In den dargestellten Ausführungsformen weist der Halbleitersensorchip acht Anschlußflächen auf. Eine der Anschlußflächen wird für die Stromversorgung verwendet und eine für Masse, und zwei sind die Anschlußflächen 13 für die digitale Einstellung, die zum Hochziehen auf das Speisepo­ tential der Stromversorgung bestimmt sind, während die verbleibenden drei die Anschlußflächen 14 für die digitale Einstellung sind, die zum Herabziehen auf das Massepotential der Stromversor­ gung bestimmt sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anzahl an Anschlußflä­ chen beschränkt.
Die Halbleitersensorchips wurden dahingehend beschrieben, daß sie Halbleiterdehnungsmesser sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Chips beschränkt; es können aber genauso gut auch Chips auf der Basis der elektrostatischen Kapazität, freitragende (cantilever type) oder verschiedene andere Halbleitersensorchips verwendet werden.
Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß die Störfestigkeit gegenüber externen Störungen dramatisch verbessert werden, indem die Stärke von Variationen des Ausgangssignals des Sensors unter einer Feldemission mit beispielsweise einer elektrischen Feldstärke von 200 V/m auf unterhalb von 20 mV reduziert wird. Außerdem schafft die vorliegende Erfindung einen relativ kostengünstigen, exakt arbeitenden und zuverlässigen Halbleitersensor für eine physikalische Größe.

Claims (14)

1. Halbleitersensor für eine physikalische Größe, der digitale Daten in analoge Daten für die digitale Einstellung in Antwort auf ein Signal von einer Sensorschaltung umsetzt, die angibt, daß eine analoge Größe erfaßt worden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
von Eingangs/Ausgangsanschlußflächen, die für eine digitale Einstellung verwendet wurden, um ein vorbestimmtes Ausgangssignal zu gewinnen, die Anschlußflächen (14), deren Potential innerhalb des Halbleiterchips (21) auf das Massepotential einer Stromversorgung herabgezogen ist, und eine Masseanschlußfläche (17) mit einem Masseanschluß außerhalb des Halbleiterchips elektrisch verbunden sind, und
Anschlußflächen (13), deren Potential innerhalb des Halbleiterchips auf das Speisepo­ tential der Stromversorgung hochgezogen ist, und eine Stromversorgungsanschlußfläche (15) mit einem Stromversorgungsanschluß außerhalb des Halbleiterchips elektrisch verbunden sind.
2. Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Eingangs/Ausgangsanschlußflächen (13, 14), die für die digitale Einstellung zur Gewinnung eines vorbestimmten Ausgangssignals verwendet wurden, die Verbindungen zwischen den auf Massepotential herabgezogenen Anschlußflächen (14) und dem Masseanschluß sowie die Verbindungen zwischen den hochgezogenen Anschlußflächen (13) und dem Stromversorgungs­ anschluß jeweils durch elektrisches Verbinden der Anschlüsse untereinander auf oder in einem Gehäuse gebildet sind.
3. Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Eingangs/Ausgangsanschlußflächen (13, 14), die für die digitale Einstellung zur Gewinnung eines vorbestimmten Ausgangssignals verwendet wurden, die Verbindungen zwischen den auf Massepotential herabgezogenen Anschlußflächen (14) und dem Masseanschluß sowie die Verbindungen zwischen den hochgezogenen Anschlußflächen (13) und dem Stromversorgungs­ anschluß jeweils durch eine elektrische Verbindung auf einem Montagesubstrat (200) gebildet sind.
4. Halbleitersensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß hinsichtlich des Layouts auf dem Halbleiterchip von den Eingangs/Ausgangsanschlußflächen diejenigen Anschlußflächen (14), die auf Massepotential herabgezogen sind, relativ nahe bei der Masseanschlußfläche (17) angeordnet sind, und diejenigen Anschlußflächen (13), die auf das Speisepotential hochgezogen sind, relativ nahe bei der Stromversorgungsanschlußfläche angeordnet sind.
5. Halbleitersensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Druck- oder ein Beschleunigungssensor eines Halbleiterdehnungsmessertyps ist.
6. Halbleitersensor für eine physikalische Größe,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Halbleiterchip (31) unter Zwischenlage eines Sockels (32) entweder auf einem Kunstharzgehäuse (35) oder einem Substrat (200) angeordnet ist, und
sowohl erste Anschlußflächen (14) in dem Halbleiterchip, die herabgezogen sind, als auch eine Masseanschlußfläche (17) mit Masse außerhalb des Halbleiterchips elektrisch verbun­ den sind.
7. Halbleitersensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zweite An­ schlußflächen (13) in dem Halbleiterchip, die hochgezogen sind, als auch eine Stromversorgungs­ anschlußfläche (15) mit einer Stromversorgung außerhalb des Halbleiterchips elektrisch verbun­ den sind.
8. Halbleitersensor für eine physikalische Größe,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Halbleiterchip (31) unter Zwischenlage eines Sockels (32) entweder auf einem Kunstharzgehäuse (35) oder eine Substrat (200) angeordnet ist und
sowohl zweite Anschlußflächen (13) in dem Halbleiterchip, die hochgezogen sind, als auch eine Stromversorgungsanschlußfläche (15) mit einer Stromversorgung außerhalb des Halbleiterchips elektrisch verbunden sind.
9. Halbleitersensor für eine physikalische Größe,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Halbleiterchip (21) unter Zwischenlage eines Sockels auf einem Kunstharzgehäuse (35) angeordnet ist, in das Leiterrahmen (27) eingegossen sind,
in dem Kunstharzgehäuse sowohl ein Leiter (29) für den externen Anschluß an Masse, über den eine Masseanschlußfläche (17) des Halbleiterchips und herabgezogene erste Anschluß­ flächen (14) elektrisch angeschlossen werden, als auch ein Leiter (28) für den externen Anschluß an die Stromversorgung, über den eine Stromversorgungsanschlußfläche (15) des Halbleiterchips und hochgezogene zweite Anschlußflächen (13) elektrisch angeschlossen sind, gebildet sind, und
der Leiter (29) für den externen Anschluß an Masse mit einem Masseleiterrahmen ver­ bunden ist, während der Leiter (28) für den externen Anschluß an die Stromversorgung mit einem Stromversorgungsleiterrahmen verbunden ist.
10. Halbleitersensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (29) für den externen Anschluß an Masse und der Leiter (28) für den externen Anschluß an die Stromver­ sorgung mit den entsprechenden Leiterrahmen (27) außerhalb des Kunstharzgehäuses verbunden sind.
11. Halbleitersensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (49) für den externen Anschluß an Masse und der Masseleiterrahmen integriert sind und der Leiter (48) für den externen Anschluß an die Stromversorgung sowie der Stromversorgungsleiter­ rahmen integriert sind.
12. Halbleitersensor für eine physikalische Größe,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Leitermuster (59A) für Masseanschlüsse, ein Leitermuster (58A) für Stromversor­ gungsanschlüsse und ein Ausgangssignalleitermuster (90) auf einem Substrat (200) gebildet sind,
Leiterrahmen (57) entsprechend einer Masseanschlußfläche und herabgezogenen ersten Anschlußflächen, eines auf einem Kunstharzgehäuse (55) angeordneten Halbleiterchips (50) mit dem Leitermuster (59A) für die Masseanschlüsse verbunden sind,
Leiterrahmen (57) entsprechend einer Stromversorgungsanschlußfläche und hochgezo­ genen zweiten Anschlußflächen des Halbleiterchips(50) mit dem Leitermuster (58A) für Strom­ versorgungsanschlüsse elektrisch verbunden sind, und
ein Ausgangssignalleiterrahmen entsprechend einer Ausgangssignalanschlußfläche des Halbleiterchips mit dem Ausgangssignalleitermuster (90) elektrisch verbunden ist.
13. Halbleitersensor für eine physikalische Größe mit einem Halbleiterchip (21), der Ein­ gangs/Ausgangsanschlußflächen (13, 14) sowie eine Masseanschlußfläche (17) und eine weitere Anschlußfläche (15) als erste bzw. zweite Speisespannungsanschlußfläche aufweist, wobei erste (14) der Eingangs/Ausgangsanschlußflächen innerhalb des Halbleiterchips auf das Potential der Masseanschlußfläche (17) gezogen sind und zweite (13) der Eingangs/Ausgangsanschlußflächen innerhalb des Halbleiterchips auf das Potential der weiteren Anschlußfläche (15) gezogen sind, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten (14) der Eingangs/Ausgangsanschlußflächen und die Masseanschlußfläche (17) außerhalb des Halbleiterchips mit einem Masseanschluß elektrisch verbunden sind, und
die zweiten (13) der Eingangs/Ausgangsanschlußflächen und die weitere Anschlußfläche (15) außerhalb des Halbleiterchips mit einem Stromversorgungsanschluß elektrisch verbunden sind.
14. Verfahren zur Herstellung des Halbleitersensors von Anspruch 13, umfassend
  • - zunächst temporäres Verbinden der Eingangs/Ausgangsanschlußflächen (13, 14) des Halbleiterchips mit einer Kalibriereinrichtung und Durchführen einer Kalibrierung durch Eingabe eines oder mehrerer digitaler Korrekturwerte über die Eingangs/Ausgangsanschlußflächen (13, 14), und anschließend
  • - Herstellen der elektrischen Verbindung, außerhalb des Halbleiterchips, zwischen den ersten (14) der Eingangs/Ausgangsanschlußflächen (13, 14) und der Masseanschlußfläche (17) einerseits sowie dem Masseanschluß andererseits, und den zweiten (13) der Eingangs/Ausgangsanschlußflächen und der weiteren Anschlußfläche (15) einerseits sowie dem Stromversorgungsanschluß andererseits, wodurch die Potentiale der ersten und der zweiten der Eingangs/Ausgangsanschlußflächen (13, 14) auf ein jeweiliges Potential einer an den Massean­ schluß und den Stromversorgungsanschluß anzuschließenden Speisespannungsquelle fixiert werden.
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