EP0963544A1 - Drucksensor-bauelement und verfahren zur herstellung - Google Patents

Drucksensor-bauelement und verfahren zur herstellung

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Publication number
EP0963544A1
EP0963544A1 EP98910626A EP98910626A EP0963544A1 EP 0963544 A1 EP0963544 A1 EP 0963544A1 EP 98910626 A EP98910626 A EP 98910626A EP 98910626 A EP98910626 A EP 98910626A EP 0963544 A1 EP0963544 A1 EP 0963544A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure sensor
pressure
semiconductor chip
connecting piece
chimney
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98910626A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen WINTERER
Eric Bootz
Bernd Stadler
Achim Neu
Thies Janczek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0963544A1 publication Critical patent/EP0963544A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/141—Monolithic housings, e.g. molded or one-piece housings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G01L19/0038—Fluidic connecting means being part of the housing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0061—Electrical connection means
    • G01L19/0084—Electrical connection means to the outside of the housing

Definitions

  • the invention relates to a pressure sensor component with an approximately flat chip carrier surface, on which a semiconductor chip with an integrated pressure sensor, which has a pressure detection surface exposed to the pressure to be measured, is arranged, and with one of the semiconductor chip and / or the Component encapsulation of an electrically insulating material enclosing the chip carrier at least in regions.
  • the invention further relates to a method for producing such a pressure sensor component.
  • the medium to be measured must be brought up to the sensor or the pressure prevailing in the medium must be transmitted to the sensor.
  • the application of a semiconductor pressure sensor in the final application requires the protected encapsulation of the sensor chip by covering it with a suitable material, usually plastic.
  • the application of the semiconductor chip, which is generally based on the base material silicon, in a housing is known, for example DIP housing (dual inline package housing), SMD housing (surface-mounted design housing) or in special designs, this housing is subsequently assembled on a circuit board.
  • the pressure coupling takes place via a membrane made of metal or plastic, which covers and thus protects the sensitive sensor, which can also be designed as a separate additional component.
  • the invention is based on the object of providing a pressure sensor component or a method for producing a pressure sensor component of the type mentioned at the outset, in which the encapsulation of the semiconductor chip carrying the mechanically sensitive pressure sensor or the chip carrier is structurally simpler and thus can also be done more cost-effectively, and at the same time a comparatively simple to set up but nevertheless sufficiently tight connection between the medium to be measured and the pressure sensor can be guaranteed.
  • Pressure sensor-connected chimney-shaped connecting piece is arranged or incorporated, which, with its end resting on the semiconductor chip, at least encloses the pressure detection surface in a pressure-tight manner and is designed to be open to the outside at its opposite end.
  • the method according to the invention for producing the pressure sensor component provides for a chimney-shaped connecting piece to be placed on the pressure sensor after the semiconductor chip has been mounted and contacted on the chip carrier, but before the pressure sensor component has been encapsulated, at least with its end resting on the semiconductor chip encloses the pressure detection surface in a pressure-tight manner and is designed to be open to the outside at its opposite end.
  • a complete integration of an opening in the housing in the form of a chimney-shaped connecting piece, which is preferably formed as an independent component, is provided. Only the pressure-sensitive surface (pressure detection surface) of the semiconductor chip remains free. The remaining components or areas of the semiconductor chip are encapsulated with encapsulation material, in particular molding compound. The opening in the component lies above the pressure-sensitive surface of the semiconductor chip in order to enable different pressures to be sensed at this point. The actual encapsulation of the
  • Pressure sensor component i.e. the encapsulation of the chip carrier, the remaining semiconductor chip, and, if appropriate, bonding wires leads to the desired protection of the pressure sensor component against environmental influences and enables the application and application of the pressure sensor, for example, in the case of assembly on a printed circuit board.
  • An essential advantage of the solution according to the invention is therefore a targeted pressure coupling using an opening while simultaneously sealing the component with molding compound.
  • the pressure to be measured is via the opening of the min-shaped connecting piece is led directly to the pressure detection surface of the semiconductor chip.
  • no membrane in the sense of the previously known pressure sensor components is required, as is provided for the pressure measurement of aggressive media; at most, the sensor surface can be passivated with a thin photoresist layer or similar thin protective layer and in this way be resistant to harmful environmental influences.
  • the pressure sensor component according to the invention is also suitable as a media-separated pressure sensor for more aggressive media. The remaining chip surface must not necessarily be passivated and can therefore be contacted with standard parameters.
  • a section of the chimney-shaped connecting piece lying completely within the component encapsulation has an anchoring element which absorbs tensile forces acting on the chimney-shaped connecting piece.
  • the anchoring member of the chimney-shaped connecting piece can be formed by a shape arranged on the edge and projecting transversely to the longitudinal direction.
  • the anchoring member of the chimney-shaped connecting piece is flange-shaped with an abutment surface that runs around the outer periphery of the end facing the semiconductor chip and is supported on the semiconductor chip. The anchoring element is required above all when using a pressure line that can be connected to the chimney-shaped connecting piece.
  • connection piece When the pressure line is removed from the connection piece, tensile forces can act on the connection piece embedded within the molding compound, which can lead to the connection piece being pulled out of the component housing, which leads to the destruction of the pressure sensor component. This is avoided by the anchoring element.
  • the anchoring element For connection to a pressure line or a pressure hose, in which or in which the medium to be measured is brought to the pressure sensor, it can advantageously be provided that in a structurally particularly simple design, the chimney-shaped connecting piece faces outwards has a tapering cross-sectional shape. In this way, a pressure line can be connected by simply plugging it on.
  • this tapered design requires an inexpensive design, which enables simple demolding after the connection stub has been produced by means of injection molding, and is therefore inexpensive.
  • the chimney-shaped connecting piece arranged in the component encapsulation projects with its opening beyond the structural height of the component and at its free end with a support means for a form-fitting mechanical, play-free connection with a holding means on the connecting piece attachable pressure line is equipped such that when the pressure line is placed on the connecting piece, the holding means and the support means alternately engage.
  • the chimney-shaped connecting piece has a tubular extension with a circular cross section, which tapers conically towards the end facing away from the semiconductor chip, and at its end facing the semiconductor chip opens into a base plate forming the anchoring member, the dimensions and shape of which are adapted to the pressure detection surface of the semiconductor chip.
  • the chimney-shaped connecting piece is simply placed on the semiconductor chip before the encapsulation, the subsequent injection molding process for completing the encapsulation using a molding compound, in particular duroplastic or thermoplastic molding compound, for a sufficiently pressure-tight connection of the connecting piece the semiconductor chip.
  • the chimney-shaped connecting piece can also be permanently attached to the semiconductor chip before the encapsulation, in particular by gluing or bonding, the connecting piece being made of a metallic material or coated with a metal layer in the latter case, and otherwise made of a plastic -Material is made, which is particularly high temperature stable.
  • thermosetting thermosets Semiconductor chips will preferably use a pressing process with thermosetting thermosets, as is used per se with standard components.
  • the molding compound not only protects the semiconductor chip, but also mechanizes the chip carrier and the chimney-shaped connecting piece and ensures a reproducible, defined housing shape.
  • transfer molding with thermosets the amount of plastic required for a pressing process is heated and plasticized at one point and from there pressed with a stamp through channels into the closed tool with the component to be encased, where it hardens and can then be removed as a finished product .
  • thermosets epoxy or silicone molding compounds
  • thermoplastics which have advantages in terms of economical and automated production, are particularly suitable as plastics for the encapsulation.
  • Suitable housing designs for the pressure sensor component according to the invention are both those for plug-in mounting and for surface mounting.
  • plug-in assembly it is known that the connections of the component are inserted into the holes in a printed circuit board and then soldered on the opposite side.
  • surface mounting the component connections are no longer inserted into holes in the printed circuit board, but instead are placed on connection spots on the printed circuit board and soldered there.
  • the surface mounting enables a considerable saving of space and reducing costs; For this reason, this type of installation is also preferred for the pressure sensor component according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a pressure sensor component with a chimney-shaped connection
  • FIG. 2 shows a partial plan view of the pressure detection surface before the pressure sensor along the section line II-II from FIG. 1.
  • the figures show an exemplary embodiment of a pressure sensor component 1 according to the invention for surface mounting on the component surface of a printed circuit board.
  • the pressure sensor component 1 has an approximately flat chip carrier surface 2 having a chip carrier 3 made of electrically conductive material, on which chip carrier surface 2 a semiconductor chip 4 made of silicon base material is fastened with an integrated pressure sensor and associated electronic circuit, the pressure sensor and the circuit are not shown in detail in the figures, but only schematically indicate a pressure detection surface 5 which is exposed to the pressure P to be measured.
  • the pressure sensor component 1 has a component encapsulation 6, which at least in regions encloses the semiconductor chip 4 and / or the chip carrier 3, and is made of an electrically insulating material, for example a thermoset or thermoplastic material.
  • the chip carrier 3 is constructed in a manner known per se as a so-called “lead frame”, ie as a prefabricated chip carrier substrate, and has a large number of 6 through, by means of bonding wires 7 electrically connected to the pressure sensor or the associated electronic circuit of the semiconductor chip connected to the electrode connections 8, 9 (only two electrode connections are shown in FIG. 1, the electrode connection 9 instead of a bonding wire directly to the underside of the semiconductor chip 4 is electrically coupled), which are designed in the form of connecting legs which are led out to at least two sides of the chip carrier 3 and which are bent and cut in a known manner to form short, rock-shaped connecting stubs.
  • Such an arrangement ensures the assembly of the component 1 on the assembly surface of a (not shown) printed circuit board using SMD technology.
  • a wire contacting method is used for the electrical connection of the pressure sensor integrated on the semiconductor chip 4 or the electronic circuit associated therewith with the electrode connections 8, 9, in which bonding wires 7 are attached to the chip 4 and attached to it Electrode legs 8 to be connected accordingly can also be used for this electrical connection, so-called spider contacting, in which instead of bond wires an electrically conductive system carrier plate is used, on which the chip 4 is directly contacted.
  • the pressure sensor integrated on the semiconductor chip 4 made of silicon represents a so-called piezoresistive sensor, in which a thin silicon membrane manufactured in the surface of the chip 4 according to methods of micromechanics is provided, which is electrically coupled to pressure-dependent resistors, which are also formed in the silicon substrate are and are connected in a conventional manner in a bridge circuit. Also integrated in the semiconductor chip 4 is a circuit assigned to the sensor, which serves for signal processing (amplification and correction), but also for adjustment and compensation of the sensor.
  • semiconductor pressure sensors on which the invention is based are primarily suitable for those applications in which the smallest structural size is important, for example in the case of pressure measurements in the motor vehicle sector, for example in the measurement of brake pressures, tire pressures, combustion chamber pressures and the like.
  • semiconductor pressure sensors that work according to the principle of piezoresistive pressure measurement, it is also possible to use sensors that work with capacitive measuring principles.
  • the component encapsulation 6 is arranged or incorporated in the component encapsulation 6 in relation to the pressure detection surface 5 of the pressure sensor and penetrating the encapsulation 6 as shown, with the pressure sensor connected chimney-shaped connecting piece 10, which with its
  • Semiconductor chip 4 overlying end 11 at least encloses the pressure detection surface 5 in a pressure-tight manner and is designed to be open to the outside at its opposite end 12.
  • the pressure P to be measured via a flexible pressure line 13, which is attached to the free end 12 of the connection stub is passed directly via the opening 14 of the chimney-shaped connection stub 10 onto the pressure detection surface 5 of the semiconductor chip 4, with At most, a thin photoresist film can be deposited on the pressure detection surface 5.
  • the opening 14 can be temporarily covered with an adhesive strip or a removable cap in order to prevent the ingress of foreign matter and dirt.
  • the end 11 of the connecting piece 10 resting on the semiconductor chip is designed as a square, flange-shaped anchoring element 15 which surrounds the pressure detection surface 5, the edge delimitations of the anchoring element 15 being designated in the plan view according to FIG. 2 with the reference numbers 15a and 15b.
  • the anchoring member 15 thus has an abutment surface 16, which is supported on the semiconductor chip 4 and on which an adhesive or. Adhesive can be applied.
  • the part 17 of the chimney-shaped connecting piece 10 which in particular consists of one piece and is made of a plastic material, penetrates the encapsulation 6 and projects above the overall height and has a circular, tapering cross-sectional shape.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drucksensor-Bauelement (1) mit einem eine annähernd eben Chipträgerfläche (2) aufweisenden Chipträger (3), auf welchem ein Halbleiterchip (4) mit einem integriert ausgebildeten Drucksensor, der eine dem zu messenden Druck (P) ausgesetzte Druckerfassungsfläche (5) besitzt, angeordnet ist, und mit einer den Halbleiterchip (4) und/oder den Chipträger (3) wenigstens bereichsweise umschließenden Bauelementverkapselung (6) aus einem elektrisch isolierenden Material. In der Bauelementverkapselung (6) ist ein gegenüber der Druckerfassungsfläche (5) des Drucksensors aufragender und die Verkapselung (6) durchsetzender, mit dem Drucksensor verbundener kaminförmiger Anschluss-Stutzen (10) angeordnet bzw. eingearbeitet, der mit seinem am Halbleiterchip (4) aufliegenden Ende (11) wenigstens die Druckerfassungsfläche (5) druckdicht umschließt und an seinem gegenüberliegenden Ende (12) nach außen offen ausgebildet ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drucksensor-Bauelementes (1).

Description

Beschreibung
Bezeichnung .der Erfindung: Drucksensor-Bauelement und Verfahren zur Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Drucksensor-Bauelement mit einem eine annähernd ebene Chipträgerfläche aufweisenden Chipträger, auf welchem ein Halbleiterchip mit einem integriert ausgebildeten Drucksensor, der eine dem zu messenden Druck ausgesetzte Druckerfassungsfläche besitzt, angeordnet ist, und mit einer den Halbleiterchip und/oder den Chipträger wenigstens bereichsweise umschließenden Bauelementverkapselung aus einem elektrisch isolierenden Material. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drucksensor-Bauelementes.
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. Andererseits erfordert die Applikation eines Halbleiter-Drucksensors in der endgültigen Anwendung die geschützte Verkapselung des Sensorchips durch Umhüllung mit einem geeigneten Material, in der Regel Kunststoff. Bekannt ist hierbei die Applikation des in aller Regel auf dem Grundmaterial Silizium beruhenden Halbleiterchips in einem Gehäuse, beispielsweise DIP-Gehäuse (Dual-Inline- Package-Gehäuse) , SMD-Gehäuse (Surface-Mounted-Design- Gehäuse) oder auch in Sonderbauformen, wobei dieses Gehäuse nachfolgend auf einer Leiterplatte bestückt wird. Bei einer bekannten Ausführung erfolgt die Druckankopplung über eine den empfindlichen Sensor abdeckende und somit schützende Membran aus Metall oder auch Kunststoff, welche auch als separates Zusatzbauteil ausgeführt sein kann. Probleme ergeben sich hierbei oftmals aufgrund einer nur unzureichenden Druckeinkopplung durch das Gehäuse bis zum Sensorchip bei gleichzei- tigern Schutz des Sensors. Generell ist eine einfach zu fertigende und dichte Verbindung zwischen dem zu messenden Medium und dem Sensor gefordert, um eine die Druckmessung verfäl- sehende Einströmung von Fremdluft zu vermeiden. Andererseits ist in vielen Fällen darüber hinaus eine Trennung des zu messenden Mediums von den metallischen Bestandteilen des Sensors sowie vom Halbleiterchip erforderlich, um die Gefahr einer Korrosion oder eines zerstörenden Einflusses durch das Medium auf die empfindlichen Bestandteile des Sensors zu vermeiden. Andere Ausführungen von bekannten Drucksensor-Bauelementen sehen ein offenes Gehäuse vor, bei dem der Schutz des Sensorchips gegen Umwelteinflüsse nur als zweitrangiges Problem an- gesehen wird, und der Sensorchip nicht geschützt ist. Solche Bauformen sind in der Regel nur für nicht aggressive Medien geeignet .
Allen bislang bekannten Bauformen von Halbleiter-Drucksenso- ren gemeinsam ist, dass zur Herstellung stets ein mehrstufiger Prozess zur Umhüllung bzw. Verkapselung des Bauelementes erforderlich ist, mit welchem das Bauelement in seine gewünschte Bauform gebracht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drucksensor- Bauelement bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensor-Bauelementes der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei dem die Verkapselung des den mechanisch empfindlichen Drucksensor tragenden Halbleiterchips beziehungs- weise des Chipträgers konstruktiv einfacher und damit auch kostengünstiger erfolgen kann, und gleichzeitig eine vergleichsweise einfach einzurichtende aber dennoch hinreichend dichte Verbindung zwischen dem zu messenden Medium und dem Drucksensor gewährleistet werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt vorrichtungsmäßig mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, verfahrensmäßig mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 11.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Bauelementverkapselung ein gegenüber der Druckerfassungsfläche des Drucksensors aufragender und die Verkapselung durchsetzender, mit dem Drucksensor verbundener kaminformiger Anschluss-Stutzen angeordnet bzw. eingearbeitet ist, der mit seinem am Halbleiterchip aufliegenden Ende wenigstens die Druckerfassungsfläche druckdicht umschließt und an seinem gegenüberliegenden Ende nach außen offen ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Drucksensor-Bauelementes sieht vor, nach der Montage und Kontaktierung des Halbleiterchips auf dem Chipträger, aber noch vor der Verkapselung des Drucksensor-Bauelementes einen kaminförmigen Anschluss-Stutzen auf den Drucksensor aufzusetzen, der mit seinem am Halbleiterchip aufliegenden Ende wenigstens die Druckerfassungsfläche druckdicht umschließt und an seinem gegenüberliegenden Ende nach außen offen ausgebildet ist.
Nach einem wesentlichen Gedanken der Erfindung ist gewissermaßen eine komplette Integration einer Öffnung im Gehäuse in Form eines vorzugsweise als eigenständiges Bauteil geformten kaminförmigen Anschluss-Stutzens vorgesehen. Hierbei bleibt nur die drucksensible Oberfläche (Druckerfassungsfläche) des Halbleiterchips frei. Die verbleibenden Bestandteile bzw. Bereiche des Halbleiterchips sind mit Verkapselungsmaterial, insbesondere Pressmasse umhüllt. Die Öffnung im Bauelement liegt oberhalb der drucksensiblen Fläche des Halbleiterchips, um an dieser Stelle eine Sensierung von unterschiedlichen Drücken zu ermöglichen. Die eigentliche Verkapselung des
Drucksensor-Bauelementes, d.h. das Umhüllen von Chipträger, restlichem Halbleiterchip, gegebenenfalls Bonddrähte führt zu dem gewünschten Schutz des Drucksensor-Bauelementes gegenüber Umwelteinflüssen und ermöglicht die Applikation und Anwendung des Drucksensors beispielsweise bei einer Bestückung auf einer Leiterplatte. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt somit in einer gezielten Druckankopplung unter Verwendung einer Öffnung bei gleichzeitiger Abdichtung des Bauelementes mit Pressmasse.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zu messende Druck über die Öffnung des ka- minförmigen Anschluss-Stutzens unmittelbar auf die Druckerfassungsfläche des Halbleiterchips geführt ist. In diesem Fall ist keine Membran im Sinne der bisher bekannten Drucksensor-Bauelemente erforderlich, wie sie zur Druckmessung ag- gressiver Medien vorgesehen ist; allenfalls kann die Sensoroberfläche mit einer dünnen Photolackschicht oder ähnlichen dünnen Schutzschicht passiviert und auf diese Weise gegen schädliche Umwelteinflüsse resistent sein. Auf diese Weise eignet sich das erfindungsgemäße Drucksensor-Bauelement als mediengetrennter Drucksensor auch für aggressivere Medien. Die verbleibende Chipoberfläche uss nicht notwendigerweise passiviert sein, und kann darum mit Standardparametern kontaktiert werden.
Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist von Vorteil vorgesehen, dass ein vollständig innerhalb der Bauelementverkapselung liegender Abschnitt des kaminför- migen Anschluss-Stutzens ein Verankerungsorgan besitzt, welches auf den kaminförmigen Anschluss-Stutzen wirkende Zug- kräfte aufnimmt. Hierbei kann das Verankerungsorgan des ka- minförmigen Anschluss-Stutzens durch eine randseitig angeordnete, quer zur Längsrichtung abstehende Ausformung ausgebildet sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Verankerungsorgan des kaminförmigen Anschluss-Stutzens flanschförmig mit einer am Außenumfang des dem Halbleiterchip zugewandten Endes umlaufende und auf dem Halbleiterchip abgestützten Widerlagerfläche geformt ist. Das Verankerungsorgan ist vor allem bei Verwendung einer mit dem kaminförmigen Anschluss- Stutzen verbindbaren Druckleitung erforderlich. Namentlich beim Abziehen der Druckleitung von dem Anschluss-Stutzen können Zugkräfte auf den innerhalb der Pressmasse eingebetteten Anschluss-Stutzen einwirken, die dazu führen können, dass der Anschluss-Stutzen aus dem Bauelementgehäuse herausgezogen wird, was zu einer Zerstörung des Drucksensor-Bauelementes führt. Dies wird durch das Verankerungsorgan vermieden. Zur Verbindung mit einer Druckleitung bzw. einem Druckschlauch, in welcher bzw. in welchem das zu messende Medium an den Drucksensor herangeführt wird, kann von Vorteil vorgesehen sein, dass in einer baulich besonders einfachen Ausfüh- rung der kaminförmige Anschluss-Stutzen eine nach außen sich verjüngende Querschnittsform aufweist. Auf diese Weise kann eine Druckleitung durch einfaches Aufstecken angeschlossen werden. Außerdem bedingt diese konisch zulaufende Ausbildung eine günstige, weil einfache Entformung nach der Herstellung des Anschluss-Stutzens vermittels Spritzgießen ermöglichende und damit günstige Bauform. Weiterhin kann von Vorteil vorgesehen sein, dass der in der Bauelementverkapselung angeordnete kaminförmige Anschluss-Stutzen mit seiner Öffnung über die Bauhöhe des Bauelementes hinausragt und an seinem freien Ende mit einem Stützmittel für eine formschlüssig mechanische, spielfreie Verbindung mit einem Haltemittel einer auf den Anschluss-Stutzen aufsetzbaren Druckleitung ausgestattet ist, derart, dass beim Aufsetzen der Druckleitung auf den Anschluss-Stutzen das Haltemittel und das Stützmittel wechsel- weise in Eingriff gelangen.
Bei einer konkreten Ausbildung des erfindungsgemäßen Drucksensor-Bauelementes kann von Vorteil vorgesehen sein, dass der kaminförmige Anschluss-Stutzen einen rohrförmigen Ansatz mit kreisförmigen Querschnitt aufweist, der sich zu dem gegenüber dem Halbleiterchip abgewandten Ende hin konisch verjüngt, und der an seinem dem Halbleiterchip zugewandten Ende in eine das Verankerungsorgan bildende Grundplatte mündet, deren Abmessungen und Formgebung der Druckerfassungsfläche des Halbleiterchips angepasst ist.
Im einfachsten Fall wird der kaminförmige Anschluss-Stutzen vor der Verkapselung einfach auf den Halbleiterchip aufgelegt, wobei der nachfolgende Spritzgießvorgang zur Fertig- Stellung der Verkapselung vermittels einer Pressmasse, insbesondere Duroplast- oder Thermoplastpressmasse für eine hinreichend druckdichte Verbindung des Anschluss-Stutzens auf dem Halbleiterchip sorgt. Alternativ kann der kaminförmige Anschluss-Stutzen vor der Verkapselung auf dem Halbleiterchip auch dauerhaft befestigt werden, insbesondere durch Aufkleben oder Bonden, wobei im letzteren Fall der Anschluss-Stutzen aus einem metallischen Material besteht oder mit einer Metallschicht beschichtet ist, und im Übrigen aus einem Kunststoff-Material gefertigt ist, welches insbesondere hochtempe- raturstabil ist.
Für die Verkapselung und damit den Schutz des kontaktierten
Halbleiterchips wird vorzugsweise ein Umpressvorgang mit wärmehärtenden Duroplasten zum Einsatz gelangen, wie es an sich bei Standard-Bauelementen verwendet wird. Hierbei übernimmt die Pressmasse nicht nur den Schutz des Halbleiterchips, son- dern auch die Mechanisierung des Chipträgers und des kamin- förmigen Anschluss-Stutzens und sorgt für eine reproduzierbare, definierte Gehäuseform. Wie beim Transferpressen mit Duroplasten üblich, wird die für einen Pressvorgang erforderliche Kunststoffmenge an einer Stelle erwärmt und plastiziert und von dort mit einem Stempel durch Kanäle in das geschlossene Werkzeug mit dem zu umhüllenden Bauelement gedrückt, wo sie aushärtet und dann als fertiges Produkt entnommen werden kann. Als Kunststoffe für das Umpressen eignen sich neben Duroplasten (Epoxid- oder Silikonpressmassen) insbesondere auch Thermoplaste, die im Hinblick auf eine wirtschaftliche und automatisierte Fertigung Vorteile besitzen.
Als Gehäusebauformen für das erfindungsgemäße Drucksensor- Bauelement eignen sich sowohl solche für die Einsteckmontage, als auch für die Oberflächenmontage. Bei der Einsteckmontage werden bekanntlich die Anschlüsse des Bauelementes in die Bohrungen einer Leiterplatte hineingesteckt und dann auf der Gegenseite gelötet. Demgegenüber werden bei der Oberflächenmontage die Bauelementanschlüsse nicht mehr in Löcher der Leiterplatte hineingesteckt, sondern auf Anschlussflecken auf der Leiterplatte aufgesetzt und dort verlötet. Die Oberflächenmontage ermöglicht eine beträchtliche Platzeinsparung und die Verringerung von Kosten; aus diesem Grund wird dieser Montageart auch bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor-Bauelement der .Vorzug gegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Drucksen- sor-Bauelement mit einem kaminförmigen Anschluss-
Stutzen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Figur 2 eine teilweise Draufsicht auf die Druckerfassungsflä- ehe des Drucksensors entlang der Schnittlinie II-II aus Figur 1.
Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drucksensor-Bauelementes 1 für eine Oberflächenmonta- ge auf der Bestückungsfläche einer Leiterplatte. Das Drucksensor-Bauelement 1 besitzt einen eine annähernd ebene Chipträgerfläche 2 aufweisenden Chipträger 3 aus elektrisch leitendem Material, auf welcher Chipträgerfläche 2 ein Halbleiterchip 4 aus Silizium-Grundmaterial mit einem integriert ausgebildeten Drucksensor und diesem zugeordneter elektronischer Schaltung befestigt ist, wobei der Drucksensor und die Schaltung in den Figuren nicht näher dargestellt sind, sondern lediglich schematisch eine Druckerfassungsfläche 5 angedeutet ist, die dem zu messenden Druck P ausgesetzt ist. Als Schutz gegen äußere Umwelteinflüsse besitzt das Drucksensor- Bauelement 1 eine den Halbleiterchip 4 und/oder den Chipträger 3 wenigstens bereichsweise umschließende Bauelementverkapselung 6 aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Duroplast- oder Thermoplastmaterial. Der Chipträger 3 ist in an sich bekannter Bauart als sogenanntes „Leadframe", d.h. als vorgefertigtes Chipträgersubstrat ausgebildet und besitzt eine Vielzahl von die Bauelementverkap- seiung 6 durchsetzenden, vermittels Bonddrähte 7 elektrisch mit dem Drucksensor bzw. der diesem zugeordneten elektronischen Schaltung des Halbleiterchips verbundenen Elektrodenanschlüssen 8, 9 (in Figur 1 sind lediglich zwei Elektrodenan- Schlüsse dargestellt, wobei der Elektrodenanschluss 9 anstelle eines Bonddrahtes direkt mit der Unterseite des Halbleiterchips 4 elektrisch gekoppelt ist) , die in der Form von nach wenigstens zwei Seiten des Chipträgers 3 herausgeführten Anschlussbeinchen ausgebildet sind, die in bekannter Weise zu kurzen schwingenförmigen Anschluss-Stummeln gebogen und geschnitten sind. Eine solche Anordnung gewährleistet die Montage des Bauelementes 1 auf der Bestückungsoberfläche einer (nicht näher dargestellten) Leiterplatte in SMD-Technik. Während bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel für die elek- frische Verbindung des auf dem Halbleiterchip 4 integriert ausgebildeten Drucksensors bzw. der diesem zugeordneten elektronischen Schaltung mit den Elektrodenanschlüssen 8, 9 ein Drahtkontaktierverfahren zum Einsatz gelangt, bei dem Bonddrähte 7 auf dem Chip 4 befestigt und an das entsprechend zu verbindende Elektrodenbeinchen 8 gezogen werden, kann darüber hinaus für diese elektrische Verbindung auch eine sogenannte Spider-Kontaktierung Verwendung finden, bei der anstelle von Bonddrähten eine elektrisch leitende Systemträgerplatte zum Einsatz gelangt, auf welcher der Chip 4 unmittelbar kontak- tiert wird.
Der auf dem Halbleiterchip 4 aus Silizium integrierte Drucksensor stellt einen sogenannten piezoresistiven Sensor dar, bei dem eine in der Oberfläche des Chips 4 nach Methoden der Mikromechanik gefertigte dünne Silizium-Membran vorgesehen ist, die elektrisch mit druckabhängigen Widerständen gekoppelt ist, welche gleichfalls im Siliziumsubstrat ausgebildet sind und in an sich bekannter Weise in einer Brückenschaltung geschaltet sind. Gleichfalls im Halbleiterchip 4 integriert ist eine dem Sensor zugeordnete Schaltung, die der Signalaufbereitung (Verstärkung und Korrektur) , aber auch einem Abgleich und einer Kompensation des Sensors dient. Gegenüber sonstigen Bauformen eignen sich solche, der Erfindung zugrunde liegenden Halbleiter-Drucksensoren vornehmlich für solche Anwendungen, bei denen es auf eine geringste Baugröße ankommt, also beispielsweise bei Druckmessungen im Kraftfahrzeugbereich, beispielsweise bei der Messung von Bremsdrücken, Reifendrücken, Brennraumdrücken und dergleichen. Neben Halbleiter-Drucksensoren, die nach dem Prinzip der piezoresisti- ven Druckmessung arbeiten, sind darüber hinaus auch solche verwendbar, die mit kapazitiven Messprinzipien arbeiten.
Erfindungsgemäß ist in der Bauelementverkapselung 6 ein gegenüber der Druckerfassungsfläche 5 des Drucksensors aufragender und die Verkapselung 6 wie dargestellt durchsetzender, mit dem Drucksensor verbundener kaminformiger Anschluss- Stutzen 10 angeordnet bzw. eingearbeitet, der mit seinem am
Halbleiterchip 4 aufliegenden Ende 11 wenigstens die Druckerfassungsfläche 5 druckdicht umschließt und an seinem gegenüberliegenden Ende 12 nach außen offen ausgebildet ist. Auf diese Weise wird der über eine flexible Druckleitung 13, die an dem freien Ende 12 des Anschluss-Stutzens aufgesetzt ist, zu messende Druck P über die Öffnung 14 des kaminförmigen Anschluss-Stutzens 10 unmittelbar auf die Druckerfassungsfläche 5 des Halbleiterchips 4 geführt, wobei auf der Druckerfassungsfläche 5 allenfalls ein dünner Photolackfilm abgeschie- den sein kann. Zu Transportzwecken kann die Öffnung 14 vorübergehend mit einem Klebestreifen oder einer abnehmbaren Kappe bedeckt sein, um ein Eindringen von Fremdstoffen und Verschmutzungen zu vermeiden. Das am Halbleiterchip aufliegende Ende 11 des Anschluss-Stutzens 10 ist als quadrati- sches, flanschförmiges Verankerungsorgan 15 ausgebildet, welches die Druckerfassungsfläche 5 umgibt, wobei in der Draufsicht nach Figur 2 mit den Bezugsziffern 15a und 15b die Randbegrenzungen des Verankerungsorgans 15 bezeichnet sind. An der Unterseite besitzt das Verankerungsorgan 15 somit eine auf dem Halbleiterchip 4 abgestützte Widerlagerfläche 16, an welcher zur dauerhaften Fixierung am Chip 4 auch ein Klebebzw. Haftmittel aufgetragen sein kann. Der nach oben aufra- gende, die Verkapselung 6 durchsetzende und die Bauhöhe überragende Teil 17 des insbesondere einstückig und aus einem Kunststoffmaterial hergestellten kaminförmigen Anschluss- Stutzens 10 besitzt eine kreisförmige, sich nach oben verjün- gende Querschnittsform.

Claims

Patentansprüche
1. Drucksens.or-Bauelement mit einem eine annähernd ebene Chipträgerfläche aufweisenden Chipträger (3), auf welchem ein Halbleiterchip (4) mit einem integriert ausgebildeten Drucksensor angeordnet ist, der eine dem zu messenden Druck (P) ausgesetzte Druckerfassungsfläche (5) besitzt, und mit einer den Halbleiterchip (4) und/oder den Chipträger (3) wenigstens bereichsweise umschließenden Bauelementverkapselung (6) aus einem elektrisch isolierenden Material, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass in der Bauelementverkapselung (6) ein gegenüber der Druckerfassungsfläche (5) des Drucksensors aufragender und die Verkapselung durchsetzender, mit dem Drucksensor verbun- dener kaminformiger Anschluss-Stutzen (10) angeordnet bzw. eingearbeitet ist, der mit seinem am Halbleiterchip aufliegenden Ende (11) wenigstens die Druckerfassungsfläche (5) druckdicht umschließt und an seinem gegenüberliegenden Ende (12) nach außen offen ausgebildet ist.
2. Drucksensor-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der zu messende Druck über die Öffnung (14) des kamin- förmigen Anschluss-Stutzens (10) unmittelbar auf die Drucker- fassungsflache (5) des Halbleiterchips (4) geführt ist.
3. Drucksensor-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der in der Verkapselung (6) des Bauelementes (1) einge- arbeitete kaminförmige Anschluss-Stutzen (10) durch ein eigenständiges Bauteil geformt ist, welches insbesondere einstückig und aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
4. Drucksensor-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass ein vollständig innerhalb der Bauelementverkapselung (6) liegender Abschnitt des kaminförmigen Anschluss-Stutzens (10) ein Verankerungsorgan (15) besitzt, welches auf den kaminför- migen Anschluss-Stutzen (10) wirkende Zugkräfte aufnimmt.
5. Drucksensor-Bauelement nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verankerungsorgan (15) des kaminförmigen Anschluss- Stutzens (10) durch eine randseitig angeordnete, quer zur Längsrichtung abstehende Ausformung ausgebildet ist.
6. Drucksensor-Bauelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Verankerungsorgan (15) des kaminförmigen Anschluss- Stutzens (10) flanschförmig mit einer am Außenumfang des dem Halbleiterchip (4) zugewandten Endes umlaufenden und auf dem Halbleiterchip (4) abgestützten Widerlagerfläche (16) geformt ist .
7. Drucksensor-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der in der Bauelementverkapselung (6) angeordnete kaminförmige Anschluss-Stutzen (10) mit seiner Öffnung (14) über die Bauhöhe des Bauelementes (1) hinausragt und an seinem freien Ende mit einem Stützmittel für eine formschlüssig mechanische, spielfreie Verbindung mit einem Haltemittel einer auf den Anschluss-Stutzen (10) aufsetzbaren Druckleitung (13) ausgestattet ist, derart, dass beim Aufsetzen der Druckleitung (13) auf den Anschluss-Stutzen (10) das Haltemittel und das Stützmittel wechselweise in Eingriff gelangen.
8. Drucksensor-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der kaminförmige Anschluss-Stutzen (10) eine nach außen sich verjüngende Querschnittsform aufweist.
9. Drucksensor-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der kaminförmige Anschluss-Stutzen (10) einen rohrförmi- gen Ansatz mit kreisförmigen Querschnitt aufweist, der sich zu dem gegenüber dem Halbleiterchip (4) abgewandten Ende hin konisch verjüngt, und der an seinem dem Halbleiterchip (4) zugewandten Ende in eine das Verankerungsorgan (15) bildende Grundplatte mündet, deren Abmessungen und Formgebung der Druckerfassungsfläche (5) des Halbleiterchips (4) angepasst ist.
10. Drucksensor-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Chipträger (3) elektrisch mit dem Drucksensor bzw. einer dem Drucksensor zugeordneten elektronischen Schaltung des Halbleiterchips (4) verbundene Elektrodenanschlüsse (8, 9) mit einer oberflächenmontierbaren Anordnung aufweist, welche Elektrodenanschlüsse (8, 9) die Bauelementverkapselung (6) durchsetzen.
11. Verfahren zur Herstellung eines Drucksensor-Bauelementes (1) mit einem eine annähernd ebene Chipträgerfläche (2) aufweisenden Chipträger (3), auf welchem ein Halbleiterchip (4) mit einem integriert ausgebildeten Drucksensor angeordnet wird, der eine dem zu messenden Druck (P) ausgesetzte Druk- kerfassungsflache (5) besitzt, g e k e n n z e i c h n e t durch die Schritte: - Montieren und Kontaktieren des Halbleiterchips (4) auf dem Chipträger (3) , - Aufsetzen eines gegenüber der Druckerfassungsfläche (5) des Drucksensors aufragenden, mit dem Drucksensor verbundenen kaminförmigen Anschluss-Stutzens (10) , der mit seinem am Halbleiterchip (4) aufliegenden Ende (11) wenigstens die Druckerfassungsfläche (5) druckdicht umschließt und an sei- nem gegenüberliegenden Ende (12) nach außen offen ausgebildet ist, und - Verkapseln des Drucksensor-Bauelementes (1) mit einer den Halbleiterchip (4) und/oder den Chipträger (3) sowie den kaminförmigen Anschluss-Stutzen (10) wenigstens bereichsweise umschließenden Bauelementverkapselung (6) aus einem elektrisch isolierenden Material.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der kaminförmige Anschluss-Stutzen vor der Verkapselung auf dem Halbleiterchip dauerhaft befestigt wird, insbesondere durch Kleben oder Bonden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verkapselung des Drucksensor-Bauelementes durch einen Spritzgussvorgang an dem auf dem Chipträger angeordneten und mit dem kaminförmigen Anschluss-Stutzen verbundenen Halbleiter-Drucksensor erfolgt.
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