DE19626081A1 - Halbleiter-Bauelement - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter-Bauelement, be
stehend aus einem eine annähernd ebene Chipträgerfläche auf
weisenden Chipträger, der insbesondere aus elektrisch isolie
rendem Material besteht, auf welcher Chipträgerfläche ein
Halbleiterchip mit einem Drucksensor befestigt ist, und den
Chipträger durchsetzenden und elektrisch mit dem Halbleiter
chip verbundenen Elektrodenanschüssen mit einer oberflächen
montierbaren Anordnung.
Zur Messung von Drücken muß das zu messende Medium an den
Sensor herangeführt bzw. der in dem Medium herrschende Druck
an den Sensor übertragen werden. Zu diesem Zweck ist der
Drucksensor in einem einseitig offenen Bauelementgehäuse an
geordnet, so daß die sensitive Chipfläche des Drucksensors
unmittelbar mit dem zu messenden Medium in Berührung gelangen
kann. Bei dieser Anordnung besteht der Nachteil, daß während
des Montageprozesses des einseitig offenen Halbleiter-Bauele
mentes die zum Einsatz gelangenden Chemikalien an die emp
findliche Chipoberfläche des Drucksensors gelangen können,
mit der Folge, daß die Gefahr einer Korrosion am Bauteil be
schleunigt wird oder das Bauteil vollständig zerstört werden
kann. Besonders kritisch sind hierbei Prozesse unter Einsatz
von Chemikalien, die eine Verseuchung des Bauteiles mit ag
gressiven Ionen zur Folge haben können, beispielsweise soge
nannte Deflashprozesse oder auch Galvanikprozesse unmittelbar
nach der Befestigung des Drucksensorchips auf dem Chipträger.
Bei einem Deflashprozeß werden in der Regel vermittels Ein
satzes eines Hochdruckwasserstrahles die nach dem Kunststoff
gießen des Chipträgers stehengebliebenen Gußmassenreste bzw.
Grate entfernt. Bei dem daran anschließend durchzuführenden
Galvanikprozeß werden die aus dem Gehäuse ragenden Elektro
denanschlüsse vermittels Bleiverzinnen mit einer lötbaren
Überzugsschicht versehen, um eine gute Befestigung des Halb
leiter-Bauelementes auf der Bestückungsoberfläche einer bei
terplatte zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiter-Bau
element mit einem eine sensitive Chipfläche aufweisenden
Halbleiter-Drucksensor insbesondere für eine Montage auf der
Bestückungsoberfläche einer Leiterplatte zur Verfügung zu
stellen, wobei das Halbleiter-Bauelement vorzugsweise ein
einseitig offenes Gehäuse mit einem Chipträger aufweist, wel
ches Halbleiter-Bauelement derart ausgebildet ist, daß eine
Zerstörung der empfindlichen Chipfläche des Drucksensors bei
Prozessen, bei denen schädliche Chemikalien zum Einsatz ge
langen, vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiter-Bauelement nach An
spruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Chipträger vermittels
einer den Drucksensor übergreifenden Schutzkappe zeitweise
verschließbar ist.
Die Erfindung schlägt vor, den einseitig offenen Chipträger
vermittels einer Schutzkappe während der Durchführung der
kritischen Montageprozesse zu verschließen. Die Schutzkappe
kann gleichzeitig auch als Transportschutz verwendet werden,
wobei eine Entfernung der Schutzkappe erst nach der Montage
des Halbleiter-Bauelementes oder vor dem Einsatz des Bauele
mentes als Drucksensor geöffnet bzw. entfernt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann vorgese
hen sein, daß die Schutzkappe vom Chipträger abnehmbar ausge
bildet ist. Darüber hinaus kann des weiteren vorgesehen sein,
daß die Schutzkappe eine vermittels einer selbstklebenden Fo
lie oder eines Stopfens verschließbare Öffnung besitzt.
Vorzugsweise ist die Schutzkappe als eigenständig gestaltetes
Bauteil, insbesondere aus Kunststoffmaterial, gefertigt und
kann zur Abdeckung des Drucksensors mehrmals verwendet wer
den.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann vorge
sehen sein, daß die Schutzkappe ein Haltemittel für eine
formschlüssig mechanische Verbindung mit einem Stützmittel
des Chipträgers aufweist, derart, daß beim Aufsetzen der
Schutzkappe auf den Chipträger das Haltemittel und das Stütz
mittel wechselweise miteinander in Eingriff gelangen. Von
Vorteil ist der Chipträger derart ausgebildet, daß das Stütz
mittel des Chipträgers an seinem Außenumfang eine umlaufende
und das Haltemittel der Schutzkappe abstützende Widerlager
fläche besitzt. Im Sinne einer selbsttätig durchzuführenden
Festlegung von Chipträger und Schutzkappe kann hierbei des
weiteren vorgesehen sein, daß das Haltemittel der Schutzkappe
mit einer federnden Auskragung versehen ist, die mit einer in
dem Stützmittel des Chipträgers vorgesehenen Raste zur
selbsttätigen Festlegung der Schutzkappe und des Chipträgers
in einer Montagelage zugeordnet ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung
kann vorgesehen sein, daß der Chipträger und die Schutzkappe
aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches gegen
über den bei der Montage des Bauelementes zum Einsatz kommen
den Chemikalien resistent ist.
Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführung kann vorgesehen
sein, daß die Schutzkappe nach Ingebrauchnahme des Halblei
ter-Bauelementes durch ein Anschlußstück für die variable
Kopplung einer das zu messende Medium enthaltenden Zuführung
ersetzt wird. Hierdurch gelingt es von Vorteil, ein flexibles
Montagekonzept zur Verfügung zu stellen, mit welchem an sich
beliebige Formen von Schlauch- oder Steckanschlüssen für die
Verbindung an den Drucksensor angeboten werden können, womit
ein breites Spektrum an Kundenwünschen erfüllbar ist. Durch
eine einfache und kostengünstig zu fertigende Steckerankopp
lung des die Schutzkappe ersetzenden Anschlußstückes kann ei
ne Heranführung des zu messenden Mediums an den Sensor bzw.
Übertragung des in dem Medium herrschenden Druckes an den
Sensor gewährleistet werden, wobei durch die formschlüssig
mechanische, spielfreie Verbindung zwischen dem zu messenden
Medium und dem Sensor der Einschluß von Fremdluft ausge
schlossen und daher eine fehlerfreie Druckmessung durchge
führt werden kann.
In besonders bevorzugter Weise betrifft die Erfindung ein
Halbleiter-Bauelement für eine Oberflächenmontage auf der Be
stückungsoberfläche einer Leiterplatte. Bei dieser Montage
form werden die Bauelementanschlüsse nicht mehr in Löcher der
Leiterplatte wie bei der Einsteckmontage hineingesteckt, son
dern auf Anschlußflecken auf der Leiterplatte aufgesetzt und
dort verlötet. Bauelemente für die Oberflächenmontage können
kleiner sein als für die Einsteckmontage, da nicht mehr Loch-
und Lötaugendurchmesser der Leiterplatte das Rastermaß der
Anschlüsse bestimmen. Weiterhin entfallen auf der Leiterplat
te die nur zur Bestückung notwendigen Löcher, wobei die le
diglich noch zur Durchkontaktierung benötigten Löcher so
klein wie technologisch möglich ausgeführt werden können. Da
dazu noch eine doppelseitige Bestückung der Leiterplatte mög
lich ist, kann durch die Oberflächenmontage eine beträchtli
che Platzeinsparung und erhebliche Kostensenkung erzielt wer
den. Eine besonders geringe Bauhöhe des Halbleiter-Bauele
mentes ergibt sich hierbei, wenn die den Chipträger durchset
zenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip verbundenen
Elektrodenanschlüsse in der Form von nach wenigstens zwei
Seiten des Chipträgers herausgeführten Anschlußbeinchen aus
gebildet sind, die zu kurzen schwingenförmigen Anschlußstum
meln gebogen und geschnitten sind.
Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung
ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Halbleiter-Bauele
mentes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er
findung; und
Fig. 2 eine schematische Gesamtansicht des Chipträgers eines
Halbleiter-Bauelementes nach dem Ausführungsbeispiel.
Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs
gemäßen Halbleiter-Bauelementes 1 für eine Oberflächenmontage
auf der Bestückungsoberfläche 2 einer Leiterplatte 3. Das
Halbleiter-Bauelement 1 besitzt einen eine annähernd ebene
Chipträgerfläche 4 aufweisenden Chipträger 5 aus elektrisch
isolierendem Kunststoffmaterial, auf welcher Chipträgerfläche
4 ein Halbleiterchip 6 mit einem integriert ausgebildeten
Drucksensor und diesem zugeordnete elektronischen Schaltung
befestigt ist, wobei der Drucksensor und die Schaltung in den
Figuren nicht näher dargestellt sind, und den Chipträger 5
durchsetzenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip 6 ver
bundenen Elektrodenanschlüssen 7, deren Enden 8 auf (nicht
näher dargestellten) Anschlußflecken auf der Bestückungsober
fläche 2 der Leiterplatte 3 aufgesetzt und dort verlötet wer
den. Der insbesondere einstückig, vermittels eines an sich
bekannten Kunststoffgießverfahrens hergestellte Chipträger 5
umfaßt ein gegenüber der Bestückungsoberfläche 2 abgehobenes
Unterteil 9, auf dem der Halbleiterchip 6 abgestützt ist, so
wie zu den Seiten des Unterteiles 9 angeordnete Seitenteile
10, 10a und 11, 11a, welche die seitlich abschließenden Ge
häusewandungen des Drucksensorgehäuses bilden. Der Chipträger
5 ist nach der in Fig. 1 im wesentlichen maßstabsgerecht
dargestellten Weise derart ausgebildet, daß die der Bestüc
kungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 zugewandten äußeren Be
grenzungsflächen 12, 13 des Chipträgers 5 einen von den unte
ren Randbereichen 14, 15 zum Mittenbereich 16 des Chipträgers
5 stetig zunehmenden Abstand zur Bestückungsoberfläche 2 der
Leiterplatte 3 aufweisen. Insbesondere besitzen die äußeren
Begrenzungsflächen 12, 13 des Chipträgers 5 im Querschnitt
gesehen einen im wesentlichen umgekehrten V-förmigen Verlauf,
bzw. dachförmig gestalteten Verlauf, derart, daß die Spitze
des umgekehrten V mittig angeordnet ist, wobei der größte Ab
stand an dieser Stelle zur Leiterplatte eine Wert von etwa
0,1 mm bis etwa 0,5 mm besitzt. Weiterhin ist vorgesehen, daß
die den Chipträger 5 durchsetzenden und elektrisch mit dem
Halbleiterchip 6 verbundenen Elektrodenanschlüsse 7 in der
Form von nach wenigstens zwei Seiten des Chipträgers 5 her
ausgeführten Anschlußbeinchen ausgebildet sind, die zu kurzen
schwingenförmigen Anschlußstummeln 17 gebogen und geschnitten
sind. Eine solche Anordnung gewährleistet eine geringste Bau
höhe des Sensorbauelementes. Weiterhin sind die Biegungen 18
der Anschlußbeinchen vollständig innerhalb der Seitenteile
19, 11 des Chipträgers 5 aufgenommen, was den Vorteil be
sitzt, daß das Gehäuse in seinen Abmessungen nochmals ver
kleinert, die Größe des Leadframe verkleinert ist, und im üb
rigen die Kriechwege für korrosive Medien erheblich verlän
gert und somit eine Durchsetzung mit Chemikalien reduziert
wird. Darüber hinaus ermöglicht eine solche Anordnung eine
mechanische Verankerung des Leadframe bzw. der Elektrodenan
schlüsse 7 innerhalb des Gehäuses des Bauteiles und damit ei
ne zusätzliche Erhöhung der mechanischen Stabilität insge
samt. Weiterhin besitzen die aus den Seitenteilen 10, 11 des
Chipträgers 5 ragenden Enden 8 der Anschlußbeinchen gegenüber
der Bestückungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 eine geringfü
gige Neigung dergestalt, daß die der Bestückungsoberfläche 2
zugewandte äußerste Kante 19 des Endes 8 der Anschlußbeinchen
einen Abstand von etwa 0,1 mm zu der strichliert dargestell
ten Hilfsebene 20 besitzt. Durch diese Anordnung wird gewähr
leistet, daß ein Kontakt des Bauelementes mit der Bestüc
kungsoberfläche 2 der Leiterplatte 3 nur durch die äußersten
Enden 8 der Anschlußbeinchen gegeben ist, was zusammen mit
der dargestellten, günstigen Gehäuseanordnung, bei dem der
Unterteil von der Leiterplatte abgehoben ausgebildet ist und
das Gehäuse wie dargestellt in Dachform ausgebildet ist, den
möglichen Durchbiegungen der Leiterplatte 3 Rechnung getragen
wird, und darüber hinaus Probleme bei der Bestückung des Bau
elementes auf der Leiterplatte 3, sowie beim späteren Einsatz
der Leiterplatte 3 vermieden werden. In vorteilhafter Weise
kann hierbei ein bislang bei der Bestückung erforderliches
Einstellen vermittels sogenannter Trim- und Formwerkzeugen
entfallen, und gleichzeitig den vorgegebenen Anforderungen an
den einzuhaltenden Bodenabstand Rechnung getragen werden. Die
Bestückung ist günstiger durchzuführen, da eine gute Adhäsion
des Bestückklebers gewährleistet ist, und darüber hinaus wer
den mögliche Toleranzen der Leiterplatte 3 im Hinblick auf
Durchbiegungen ausgeglichen, und es wird Verspannungen ther
mischer und/oder mechanischer Art entgegengewirkt, da ein
Kontakt mit der Leiterplatte 3 nur durch die Anschlußbeinchen
gegeben ist.
Für die elektrische Verbindung des auf dem Halbleiterchip 6
integriert ausgebildeten Drucksensors bzw. der diesem zuge
ordneten elektronischen Schaltung mit den Elektrodenanschlüs
sen 7 kann wie dargestellt ein Drahtkontaktierverfahren zum
Einsatz gelangen, bei dem Bonddrähte 21 auf metallischen
Chipanschlußstellen 21a auf dem Chip befestigt und an das
entsprechend zu verbindende Elektrodenbeinchen gezogen wer
den. Darüber hinaus kann für diese elektrische Verbindung
auch eine sogenannte Spider-Kontaktierung Verwendung finden,
bei der anstelle von Bonddrähten eine elektrisch leitende Sy
stemträgerplatte bzw. ein sogenanntes Leadframe zum Einsatz
gelangt.
Der auf dem Halbleiterchip 6 aus Silizium integrierte Druck
sensor stellt einen sogenannten piezoresistiven Sensor dar,
bei dem eine in der Oberfläche des Chips 6 nach Methoden der
Mikromechanik gefertigte dünne Silizium-Membran vorgesehen
ist, die elektrisch mit druckabhängigen Widerständen gekop
pelt ist, welche gleichfalls im Silizium-Substrat ausgebildet
sind und in an sich bekannter Weise in einer Brückenschaltung
geschaltet sind. Gleichfalls im Halbleiterchip 6 integriert
ist eine dem Sensor zugeordnete Schaltung, die der Signalauf
bereitung (Verstärkung und Korrektur), aber auch einem Ab
gleich und Kompensation des Sensors dient. Gegenüber sonsti
gen Bauformen eignen sich solche, der Erfindung zugrunde lie
genden Halbleiter-Drucksensoren vornehmlich für solche Anwen
dungen, bei denen es auf eine geringste Baugröße ankommt, al
so beispielsweise bei Druckmessungen im Kraftfahrzeugbereich,
beispielsweise bei der Messung von Bremsdrücken, Reifendrüc
ken, Brennraumdrücken und dergleichen. Neben Halbleiter-Druck
sensoren, die nach dem Prinzip der piezoresistiven
Druckmessung arbeiten, sind darüber hinaus auch solche ver
wendbar, die mit kapazitiven Meßprinzipien arbeiten.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Chipträger 5 an seiner der Bestückungsoberfläche 2 der Lei
terplatte 3 abgewandten Seite 22 einseitig offen ausgebildet,
und besitzt an den die Öffnung 23 begrenzenden oberen Randbe
reichen 24, 25 ein Stützmittel 26 für eine formschlüssig me
chanische, spielfreie Verbindung mit einem Haltemittel 27 ei
ner auf den Chipträger 5 aufsetzbaren Schutzkappe 28 derart,
daß beim Aufsetzen der Schutzkappe 28 auf den Chipträger 5
das Haltemittel 27 und das Stützmittel 26 wechselweise in
Eingriff gelangen. Zu diesem Zweck besitzt das Stützmittel 26
des Chipträgers 5 an seinem Außenumfang eine umlaufende und
das Haltemittel 27 der Schutzkappe 28 abstützende Widerlager
fläche 29. Diese kann wie dargestellt in der Form einer am
Randbereich des Chipträgers 5 umlaufend ausgebildeten Nut 30
ausgebildet sein, in welche eine am Außenumfang der Schutz
kappe 28 geformte Feder 31 wenigstens teilweise eingreift.
Die Schutzkappe 28 besitzt eine Öffnung 34, welche vermittels
einer Klebefolie 37 zeitweise verschließbar ist.
Der Chipträger 5 ist mit einem den Halbleiterchip 6 vollstän
dig überdeckenden, fließfähigen Füllmittel 32 befüllt, wel
ches insbesondere ein Gel darstellt, welches Drücke nahezu
verzögerungsfrei sowie fehlerfrei auf den Halbleiterdrucksen
sor überträgt. Das Gel dient zum einen dazu, den empfindli
chen Drucksensorchip 6 und die weiteren, insbesondere metal
lischen Bestandteile des Halbleiter-Bauelementes, insbesonde
re die Bonddrähte 21, die Anschlußbeinchen 7 bzw. das Lead
frame vor Berührungen mit dem zu messenden Medium 33 zu
schützen, und auf diese Weise eine Kontamination des Bautei
les durch Ionen oder andere schädliche Bestandteile des Medi
ums 33, oder die Gefahr einer Korrosion aufgrund des Mediums
33 zu verhindern.
Die Seitenwandungen 24, 25 des einseitig offenen Chipträgers
5 sind des weiteren mit einer auf der Innenseite durchgehend
angeordneten Flußstopkante 36 ausgestattet, wobei die Innen
seite des Chipträgers 5 lediglich bis zur Höhe der Flußstop
kante 36 mit dem Gel 32 aufgefüllt ist. Diese Flußstopkante
36 ermöglicht einen definierten Stop der Kapillarkräfte des
adhäsiven Gels 32 und verhindert somit aufgrund von Kapillar
kräften ein unerwünschtes Hochsteigen des Gels 32 über die
Gehäuseränder hinaus.
Claims (8)
1. Halbleiter-Bauelement, ,bestehend aus einem eine annähernd
ebene Chipträgerfläche (4) aufweisenden Chipträger (5), auf
welcher Chipträgerfläche (4) ein Halbleiterchip (6) mit einem
Drucksensor befestigt ist, und den Chipträger (5) durchset
zenden und elektrisch mit dem Halbleiterchip (6) verbundenen
Elektrodenanschüssen (7) mit einer oberflächenmontierbaren
Anordnung,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Chipträger (5) vermittels einer den Drucksensor übergrei
fenden Schutzkappe (28) zeitweise verschließbar ist.
2. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schutzkappe (28) vom Chipträger (5) abnehm
bar ausgebildet ist.
3. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schutzkappe (28) eine vermittels einer
selbstklebenden Folie (37) verschließbare Öffnung (34) be
sitzt.
4. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (28) als eigen
ständig gestaltetes Bauteil vorzugsweise aus Kunststoffmate
rial gefertigt ist.
5. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (28) ein Halte
mittel (27) für eine formschlüssig mechanische Verbindung mit
einem Stützmittel (26) des Chipträgers (5) aufweist, derart,
daß beim Aufsetzen der Schutzkappe (28) auf den Chipträger
(5) das Haltemittel (27) und das Stützmittel (26) wechselwei
se miteinander in Eingriff gelangen.
6. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Stützmittel (26) des Chipträ
gers (5) an seinem Außenumfang eine umlaufende und das Halte
mittel (27) der Schutzkappe (28) abstützende Widerlagerfläche
(29) besitzt.
7. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel (27) der Schutz
kappe (28) mit einer federnden Auskragung versehen ist, die
mit einer in dem Stützmittel (26) des Chipträgers (5) vorge
sehenen Raste zur selbsttätigen Festlegung der Schutzkappe
(28) und des Chipträgers (5) in einer Montagelage zugeordnet
ist.
8. Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Chipträger (5) und die
Schutzkappe (28) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt
ist, welches gegenüber den bei der Montage des Bauelementes
(1) zum Einsatz kommenden Chemikalien resistent ist.
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