DE19929025A1 - Drucksensor - Google Patents
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Abstract
Bei einem Drucksensor, welcher einen Halbleiter-Druckaufnehmer mit einem auf einen Sockel aufgebrachten Halbleiterchip umfaßt, welcher Halbleiterchip eine Druckmembran aufweist und mit Kontaktabschnitten eines Leitungsgitters, insbesondere eines Leadframes, elektrisch verbunden ist, und wobei ein Gehäuse vorgesehen ist, welches durch Umspritzen des Halbleiter-Druckaufnehmers mit Spritzmasse hergestellt ist, wird vorgeschlagen, eine in die Spritzmasse teilweise eingebettete Kappe vorzusehen, welche eine dem Halbleiter-Druckaufnehmer zugewandte Öffnung, eine der Öffnung gegenüberliegende Kappenoberseite mit einem darin angeordneten Durchlaß und eine sich von der Kappenoberseite aus erstreckende und die Öffnung begrenzende Kappenwand aufweist, wobei die mit dem Durchlaß versehene Kappenoberseite an einer Außenseite des aus Spritzmasse hergestellten Gehäuses frei zugänglich ist und wobei der zwischen der Kappenoberseite, der Kappenwand und der Öffnung befindliche Kappeninnenraum eine Druckzuführung für den Halbleiter-Druckaufnehmer bildet.
Description
Die Erfindung betrifft einen Drucksensor mit den im Oberbe
griff des unabhängigen Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Derartige Drucksensoren sind beispielsweise aus der Druck
schrift "Advanced Microsystems for Automotiv Applications'
99, D.E. Ricken, W. Gessner, Seite 126" bekannt. Bei den be
kannten Drucksensoren wird ein Halbleiter-Druckaufnehmer,
welcher einen auf einen Sockel aufgebrachten Halbleiterchip
mit Druckmembran umfaßt, auf ein Leitungsgitter, ein soge
nanntes Leadframe, aufgebracht. Ein ebener Abschnitt des Lei
tungsgitters, ein sogenannter Diepad, dient dabei als Monta
gefläche für den Halbleiter-Druckaufnehmer. Anschließend wixd
der Halbleiterchip über Bonddrähte mit Kontaktabschnitten des
Leitungsgitters verbunden. Im einem als "Transfer molding"'
bekannten Spritzpreßverfahren wird schließlich der Halblei
ter-Druckaufnehmer mit einem Gehäuse aus Spritzmasse (Mold
compound) umspritzt. Die Druckzuführung erfolgt durch einen
in dem Sockel und dem Diepad ausgebildeten Druckkanal. Beim
Umspritzen des Halbleiter-Druckaufnehmers muß eine Druckzu
führung in dem Gehäuse ausgespart werden, die nicht mit
Spritzmasse gefüllt werden darf. Dies geschieht durch einen
Stempel, der im Spritzwerkzeug im Bereich des Druckkanals ge
gen das Diepad angedrückt wird. Nach dem Umspritzen wird der
Stempel entfernt, wodurch in der Spritzmasse eine Aussparung
verbleibt, welche als Druckzuführung dient. Durch die in dem
Gehäuse ausgebildete Aussparung ist der in dem Diepad und dem
Sockel ausgebildete Druckkanal mit dem Außenraum verbunden.
Nachteilig bei den bekannten Sensoren ist, daß sich das Die
pad des Leitungsgitters beim Andrücken des Stempel verschie
ben kann und zwischen dem Stempel und dem Diepad ein Spalt
verbleibt, so daß beim Umspritzen Spritzmasse in den Druckka
nal und auf die Membran des Halbleiterchips gelangen kann,
wodurch die Funktion des Drucksensors beeinträchtigt wird.
Durch den Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1, werden die Nachteile des Standes der Technik
vermieden. Der erfindungsgemäße Drucksensor weist eine in
die Spritzmasse teilweise eingebettete Kappe auf, welche ei
ne dem Halbleiter-Druckaufnehmer zugewandte Öffnung, eine
der Öffnung gegenüberliegende Kappenoberseite mit einem dar
in angeordneten Durchlaß und eine sich von der Kappenober
seite aus erstreckende und die Öffnung begrenzende Kappen
wand aufweist. Beim Umspritzen des Druckaufnehmers mit
Spritzmasse bleibt die Kappenoberseite mit dem Durchlaß an
einer Außenseite des Gehäuses frei zugänglich. Durch die
schützende Kappe wird vermieden, daß Spritzmasse auf die
Membran des Halbleiterchips gelangt. Selbst bei kleinen Un
dichtigkeiten zwischen Kappenoberseite und Spritzwerkzeug
gelangt die Spritzmasse nicht auf die Membran des Halblei
terchips. Durch den Kappeninnenraum wird in einfacher Weise
im Gehäuse des Drucksensors vorteilhaft eine Druckzuführung
für den Halbleiter-Druckaufnehmer ausgebildet. Weiterhin ist
vorteilhaft, daß durch den in der Kappenoberseite ausgebil
deten Durchlaß zugleich ein Berührungs- und Verunreinigungs
schutz der empfindlichen Membran des Halbleiterchips gegeben
ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin
dung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen
Merkmale erreicht.
Der Drucksensor kann sehr preisgünstig gefertigt werden,
wenn die Kappe einstückig mit dem Leitungsgitter ausgebildet
ist. Dies macht nur eine geringfügige Abänderung des Her
stellungsverfahrens erforderlich. Die Kappe ist an dem Lei
tungsgitter so angeordnet, daß der Sockel des Halbleiter-
Druckaufnehmers in bekannter Weise mit seiner von dem Halb
leiterchip abgewandten Unterseite auf einen Montageabschnitt
des Leitungsgitters aufgebracht werden kann.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen,
daß ein sich seitlich an den Montageabschnitt anschließender
und mit der Kappe versehener Abschnitt des Leitungsgitters
mehrfach derart abgewinkelt ist, daß die Kappe mit der Öff
nung direkt auf der von dem Sockel abgewandten Oberseite des
Halbleiterchips angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist,
wenn die Kappe mit einem die Öffnung umgebenden Flansch
flach auf dem Halbleiterchip aufliegt, wobei der Flansch auf
dem Halbleiterchip um die Druckmembran herum angeordnet ist.
Zusätzlich kann der Auflagebereich der Kappenwand auf der
Oberseite des Halbleiterchips mit einem Dichtungsgel abge
dichtet sein, das beispielsweise durch den Durchlaß an der
Kappenoberseite in den Kappeninnenraum eingespritzt wird.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, in den
Sockel des Halbleiter-Druckaufnehmers einen Druckkanal ein
zubringen, die von dem Leitungsgitter abgewandte Seite des
Halbleiterchips mit einem Deckel abzudecken und die Kappe in
dem Abschnitt des Leitungsgitters auszubilden, auf den an
schließend der Halbleiter-Druckaufnehmer derart aufgebracht
wird, daß die Öffnung der Kappe dem Druckkanal zugewandt
ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar
gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Leitungsgitter (Leadframe) vor
der Vereinzelung mit mehreren Halbleiter-Druckaufnehmern,
Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 längs der Linie A-A,
Fig. 3 den Leitungsgitterabschnitt aus Fig. 2 nach dem Umbie
gen der Kappe,
Fig. 4 den fertigen Drucksensor nach dem Umspritzen des Halb
leiter-Druckaufnehmers,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Drucksensors.
In den Fig. 1 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Drucksensors dargestellt. Fig. 1 zeigt ein
Leitungsgitter 10, ein sogenanntes Leadframe. Das streifen
förmige Leitungsgitter 10 wird durch Stanzen und Biegen aus
einem Blechstreifen oder in anderer geeigneter Weise herge
stellt und weist in Längsrichtung des Streifens mehrere
gleichartig aufgebaute Abschnitte auf, die längs der Linien
L-L vereinzelt werden können. Auf diese Weise ist eine Ferti
gung im Nutzen möglich. Die Herstellung der Drucksensoren er
folgt vorzugsweise in einer automatisierten Linienfertigung.
Jeder Bereich des Leitungsgitters zwischen den Trennlinien L-
L weist jeweils einen flachen, rechteckförmigen Montageab
schnitt 12 zur Aufbringung eines Halbleiter-Druckaufnehmers 2
auf. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, umfaßt der Halbleiter-
Druckaufnehmer 2 einen Halbleiterchip 3, beispielsweise einen
Siliciumchip, mit einer Oberseite 20 und einer Unterseite 21.
In die Unterseite 21 ist eine Vertiefung 6 eingebracht. Ein
Abschnitt des Halbleiterchips 3 mit verminderter Material
stärke oberhalb der Vertiefung 6 bildet eine verformbare Mem
bran 5. Weiterhin ist der Halbleiterchip 3 mit der Unterseite
21 auf einen Sockel 4 aufgebracht, beispielsweise einen Glas
sockel oder einen Sockel aus Kunststoff. Durch den Sockel 4
wird die Vertiefung 6 hermetisch dicht verschlossen und so
ein Referenzraum des Drucksensors gebildet. Auf der Oberseite
20 des Halbleiterchips 3 sind in bekannter Weise nicht darge
stellte Auswertemittel angeordnet, mit denen eine Verformung
der Membran 5 nachweisbar ist. Bei den Auswertemitteln kann
es sich beispielsweise um piezoresistive Elemente im Bereich
der Membran handeln, mit denen mechanische Spannungen in der
Membran 5 nachweisbar sind. Nach Aufbringung des Halbleiter-
Druckaufnehmers 2 auf den Abschnitt 12 des Leitungsgitters 10
wird der Halbleiterchip 3 über Bonddrähte 16 mit Kontaktab
schnitten 11 des Leitungsgitters 10 elektrisch verbunden. An
schließend werden in bekannter Weise die Querstege von dem
Leitungsgitter entfernt und die zuvor über Stege miteinander
verbundenen Kontaktabschnitte voneinander getrennt.
Wie in Fig. 1 und Fig. 2 weiterhin dargestellt ist, schließt
sich an die mit dem Halbleiter-Druckaufnehmer 2 versehenen
Montageabschnitte 12 des Leitungsgitters 10 jeweils ein wei
terer Abschnitt 13 des Leitungsgitters seitlich an. Der wei
tere Abschnitt 13 weist an seinem von dem Montageabschnitt 12
entfernt liegenden Ende eine Kappe 7 auf, die beispielsweise
durch einen Stanzbiegevorgang in das Leitungsgitter 10 einge
bracht ist. Die Kappe 7 weist eine durch die Kappenwand 17
begrenzte Öffnung 9 auf, die in der Ebene des weiteren Ab
schnitts 13 angeordnet ist und von einem Flansch 19 umgeben
ist. Von der Öffnung 9 aus erstreckt sich die Kappenwand 17
bis zu der zunächst nach unten gewandten Kappenoberseite 18.
In der Kappenoberseite 18 ist ein zentraler Durchlaß 8, bei
spielsweise eine Bohrung angeordnet. Die Kappe 7 steht zu
nächst auf der von dem Halbleiter-Druckaufnehmer 2 abgewand
ten Seite des Leitungsgitters nach unten ab. Wie in Fig. 3
dargestellt ist, wird der Abschnitt 13 bei der Herstellung
des Drucksensors zweimal rechtwinklig derart abgebogen, daß
die Kappe 7 mit der Öffnung 9 auf der Oberseite 20 des Halb
leiterchips 3 zu liegen kommt. Der die Öffnung 9 begrenzende
Flansch 19 ist dabei um die Membran 5 herum angeordnet und
legt sich flach an die Oberseite 20 des Halbleiterchips an.
In dem Abschnitt 13 können entsprechende Kerben vorgesehen
sein, um das Abknicken des Abschnitts 13 zu erleichtern.
Das in Fig. 3 dargestellte Leitungsgitter 10 wird nun in ein
Spritzpreßwerkzeug eingesetzt, wobei ein Werkzeugteil gegen
die Kappenoberseite 18 angedrückt wird und den Durchlaß 8 ab
deckt. Anschließend wird der Montageabschnitt 12 mit dem
Halbleiter-Druckaufnehmer 2 im sogenannten Transfer-Molding-
Verfahren mit Spritzmasse (Molding compound), beispielsweise
einem Duroplast oder Kunstharz umspritzt. Wie in Fig. 4 dar
gestellt, entsteht hierdurch ein den Halbleiter-Druckauf
nehmer umgebendes Gehäuse 30, aus dem die Kontaktabschnitte
11 seitlich herausgeführt sind. Die Oberseite 31 des Gehäuses
30 aus Spritzmasse schließt bündig mit der Kappenoberseite 18
ab, so daß der Durchlaß 8 an der Oberseite 31 des Gehäuses 30
frei zugänglich ist. Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, bildet
beim fertigen Drucksensor 1 der Kappeninnenraum zwischen der
Kappenoberseite 18, der Kappenwand 17 und der Öffnung 9 eine
Druckzuführung zur Membran 5 des Halbleiterchips 3 aus. Die
Kontaktabschnitte 11 können umgebogen werden und bilden so
Anschlußbeinchen des Drucksensors 1. Die teilweise in die
Spritzmasse eingebettete Kappe 7 bildet einen Schutz für die
Membran 5 den Halbleiterchips, da der Durchlaß 8 an der Kap
penoberseite 18 sehr klein ausgebildet werden kann. Zusätz
lich kann insbesondere vor dem Umspritzen mit dem Gehäuse 30
ein elastisch verformbares Dichtungsgel 40 in den Kappenin
nenraum eingebracht werden, wie in Fig. 4 dargestellt ist.
Das Dichtungsgel 40 dichtet den Bereich zwischen der Kap
peninnwand und der Oberseite 20 des Halbleiterchips 3 ab und
bildet einen zusätzlichen Schutz für die Membran 5 des Halb
leiterchips 3. Aufgrund der Elastizität des Gels bleibt dabei
die Verformbarkeit der Membran 5 erhalten.
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Die den in Fig. 4 entsprechenden Teile sind mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem in Fig. 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel ist die Kappe innerhalb des Montageab
schnittes 12 des Leitungsgitters 10 unterhalb des Halbleiter-
Druckaufnehmers 2 derartig angeordnet, daß die Öffnung 9 der
Kappe 7 dem Sockel 4 des Halbleiter-Druckaufnehmers zugewandt
ist. Der Sockel 4 ist mit einem Druckkanal 25 versehen, der
unmittelbar über der Öffnung 9 angeordnet ist. Auf der Ober
seite 20 des Halbleiterchips 3 ist ein Deckel 26 aufgesetzt.
Ein Hohlraum zwischen der Deckelwand und der Membran 5 bildet
einen Referenzraum des Drucksensors. Der Halbleiter-Druckauf
nehmer 2 wird in ein Spritzpreßwerkzeug eingesetzt und mit
Spritzmasse umspritzt, wobei die Kappenoberseite 18 an der
Unterseite 31 des Gehäuses 30 frei zugänglich bleibt. Der
Druckkanal wird in diesem Fall durch den Durchlaß 8, den Kap
peninnenraum, die Öffnung 9, den Druckkanal 25 des Sockels 4
und die Vertiefung 6 des Halbleiterchips 3 gebildet. Im Ver
gleich zu dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel ist bei dem Aus
führungsbeispiel von Fig. 5 zwar als weiteres Bauteil der
Deckel 26 erforderlich, jedoch entfällt das mehrfache Umbie
gen des mit der Kappe 7 versehenen Abschnitts.
Claims (8)
1. Drucksensor umfassend einen Halbleiter-Druckaufnehmer (2)
mit einem auf einen Sockel (4) aufgebrachten Halbleiterchip
(3), welcher Halbleiterchip eine Druckmembran (5) aufweist
und mit Kontaktabschnitten (11) eines Leitungsgitters (10),
insbesondere eines Leadframes, elektrisch verbunden ist, und
ein Gehäuse (30), welches durch Umspritzen des Halbleiter-
Druckaufnehmers (2) mit Spritzmasse hergestellt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß eine in die Spritzmasse teilweise einge
bettete Kappe (7) vorgesehen ist, welche eine dem Halblei
ter-Druckaufnehmer (2) zugewandte Öffnung (9), eine der Öff
nung (9) gegenüberliegende Kappenoberseite (18) mit einem
darin angeordneten Durchlaß (8) und eine sich von der Kap
penoberseite (18) aus erstreckende und die Öffnung (9) be
grenzende Kappenwand (17) aufweist, wobei die mit dem Durch
laß (8) versehene Kappenoberseite (18) an einer Außenseite
(31) des aus Spritzmasse hergestellten Gehäuses (30) frei
zugänglich ist und wobei der zwischen der Kappenoberseite
(18), der Kappenwand (17) und der Öffnung (9) befindliche
Kappeninnenraum eine Druckzuführung für den Halbleiter-
Druckaufnehmer (2) bildet.
2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kappe (7) einstückig mit dem Leitungsgitter (10) ausge
bildet ist.
3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sockel (4) des Halbleiter-Druckaufnehmers (2) mit seiner
von dem Halbleiterchip (3) abgewandten Unterseite auf einen
Montageabschnitt (12) des Leitungsgitters (10) aufgebracht
ist.
4. Drucksensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
ein sich seitlich an den Montageabschnitt (12) anschließen
der und mit der Kappe (7) versehener Abschnitt (13) des Lei
tungsgitters (10) mehrfach derart abgewinkelt ist, daß die
Kappe (7) mit der Öffnung (9) direkt auf der von dem Sockel
(4) abgewandten Oberseite (20) des Halbleiterchips (3) ange
ordnet ist. (Fig. 3)
5. Drucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kappe (7) mit einem die Öffnung (9) umgebenden Flansch
(19) flach auf dem Halbleiterchip (3) aufliegt und daß der
Flansch (19) auf dem Halbleiterchip (3) um die Druckmembran
(5) herum angeordnet ist. (Fig. 4)
6. Drucksensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich
net, daß der Auflagebereich der Kappenwand (17) auf der
Oberseite (20) des Halbleiterchips (3) mit einem Dichtungs
gel (40) abgedichtet ist.
7. Drucksensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
in den Sockel (4) des Halbleiter-Druckaufnehmers (2) ein
Druckkanal (25) eingebracht ist, daß die von dem Leitungs
gitter (10) abgewandte Seite (20) des Halbleiterchips (3)
mit einem Deckel (26) abgedeckt ist und daß die Kappe (7) in
den Montageabschnitt (12) des Leitungsgitters (10) derart
eingebracht ist, daß die Öffnung (9) der Kappe (7) dem
Druckkanal (25) zugewandt ist. (Fig. 5)
8. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kappe (7) als Stanzbiegeteil an dem Leitungsgitter (10)
ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19929025A DE19929025A1 (de) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | Drucksensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19929025A DE19929025A1 (de) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | Drucksensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19929025A1 true DE19929025A1 (de) | 2000-12-28 |
Family
ID=7912429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19929025A Ceased DE19929025A1 (de) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | Drucksensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19929025A1 (de) |
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