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Dokumentenidentifikation DE102004006440A1 08.09.2005
Titel Sensorbauteil mit einem frei zugänglichen Sensorbereich und Verfahren zur Herstellung desselben
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Mayerhofer, Boris, 92224 Amberg, DE;
Riegebauer, Josef, Ilz, AT
Vertreter Schweiger, M., Dipl.-Ing. Univ., Pat.-Anw., 80803 München
DE-Anmeldedatum 09.02.2004
DE-Aktenzeichen 102004006440
Offenlegungstag 08.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.09.2005
IPC-Hauptklasse H01L 23/04
IPC-Nebenklasse H01L 23/28   H01L 21/56   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Sensorbauteil (20) mit einem frei zugänglichen Sensorbereich (1), der auf einer Oberfläche (3) eines Sensorchips (2) angeordnet ist, wobei der Sensorbereich (1) von einem Randbereich umgeben ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung desselben. Der Randbereich des Sensorchips (2) weist eine abdichtende Struktur (5) auf, die eine den Sensorbereich (1) umrundete Aussparung (6) aufweist und mit einem Dichtmaterial (7) aufgefüllt ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Sensorbauteil mit einem frei zugänglichen Sensorbereich, der auf einer Oberfläche eines Sensorchips angeordnet ist, wobei der Sensorbereich von einem Randbereich umgeben ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorchips für Sensorbauteile.

Derartige Sensorbauteile werden vorzugsweise als Fingertastsensoren oder andere Signaleingabebauteile eingesetzt. Eine Abdichtung der Sensorbauteile in einer Geräteabdeckung mit Bedienungsfeld ist mechanisch aufwendig und kostenintensiv, zumal der Übergang zwischen Sensorchip und Geräteabdeckung vor einem Eindringen von Feuchtigkeit in das Gerät und gegen mechanische und thermische Belastungen schützen soll. Zu diesem Zweck können an der Geräteabdeckung Fensterdichtlippen oder Dichtwulste vorgesehen werden, was die Gerätekosten erhöht, zumal damit erhöhte Präzisionsanforderungen an die Herstellung derartiger Geräteabdeckungen verbunden sind.

Aus der Druckschrift DE 101 08 147 ist ein elektronisches Bauteil bekannt, das einen Halbleiterchip mit profilgesägten Randkonturen aufweist, wobei die profilgesägten Ränder des Halbleiterchips von einem Kunststoffrand umgeben sind. Dieser Kunststoffrand schützt das elektronische Bauteil vor mechanischen Belastungen, beim Handling im Rahmen von Wartungsarbeiten und beim automatischem Bestücken von übergeordneten Schaltungsplatinen. Der bekannte Kunststoffrand ist jedoch ungeeignet für einen abdichtenden Einbau in Bedienfelder von Geräteabdeckungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sensorbauteil mit einem frei zugänglichen Sensorbereich zu schaffen. Das Sensorbauteil soll in Geräteabdeckungen integriert werden können, ohne die freie Zugänglichkeit zu seinem Sensorbereich zu behindern. Ferner soll mit dem Sensorbauteil ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Gerät über die Geräteabdeckung verhindert werden, und das Sensorbauteil soll vor thermischen und mechanischen Spannungen geschützt werden. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstigere Lösung der obigen Probleme zu liefern.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Sensorbauteil mit einem frei zugänglichen Sensorbereich, der auf einer Oberseite eines Sensorchips angeordnet ist, und mit einem Randbereich, der den Sensorbereich umgibt, geschaffen. Der Randbereich weist eine abdichtende Struktur auf, die eine den Sensorbereich umhüllende Aussparung aufweist. Diese Aussparung ist mit einem Dichtmaterial aufgefüllt.

Ein derartiges Sensorbauteil hat den Vorteil, dass es selbstabdichtend in Bedienfenstern einer Geräteabdeckung integriert werden kann. Besondere Maßnahmen, wie Dichtlippen oder Dichtringe an den Geräteabdeckungen entfallen damit. Außerdem wird ermöglicht, dass derartige Geräteabdeckungen, die auch den Modeerscheinungen unterliegen, jederzeit ausgewechselt werden können. Darüber hinaus hat ein derartiges Sensorbauteil den Vorteil, dass die Aussparung und damit der Verlauf des Dichtmaterials äußerst präzise auf dem Randbereich des Sensorbauteils angeordnet werden kann, zumal dazu die hochpräzisen Fertigungsverfahren der Halbleitertechnologie eingesetzt werden können.

Diese Halbleiterfertigungstechnologien erlauben eine um mehrere Größenordnungen höhere Präzision, als die für Geräteabdeckungen eingesetzte Spritzgusstechnik. Durch die Breite der Aussparung und damit durch die Breite des Dichtmaterials auf dem Sensorchip können diese Präzisionsunterschiede in den Technologien ausgeglichen werden, in dem eine ausreichend Breite Aussparung mit Dichtmaterial auf dem Randbereich des Sensorchips vorgesehen wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden auf dem Sensorchip zurückgesetzte Chipkanten vorgesehen, die mit Dichtmaterial aufgefüllt sind. Damit weist der Sensorchip an seiner Oberseite Kanten aus Dichtmaterial auf, während das spröde Sensormaterial, beispielsweise aus monokristallinem Silizium, zurückgesetzte Kanten bildet, die nicht mehr die Außenabmessungen der Oberseite des Sensorchips bestimmen. Vielmehr werden nun diese Kanten von einer winkelförmigen Dichtstruktur gebildet und schützen neben der Abdichtmöglichkeit zu einer Geräteabdeckung den Sensorchip vor mechanischen Belastungen.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die Aussparungen nicht durch Zurücksetzen der Kanten des Sensorchips gewonnen, sondern durch Einbringen von Nuten in die Oberseite des Sensorchips. Derartige Nuten werden vorzugsweise parallel zu den Chipkanten auf der Oberseite des Sensorchips eingebracht und mit Dichtmaterial aufgefüllt. Auch in diesem Fall wird nun der Sensorbereich von einem Dichtmaterial umgeben, das in einer Gehäuseabdeckung den Sensorchip zu Bedienungsfenstern abdichtet.

Das Dichtmaterial ist vorzugsweise aus fotolithografisch strukturierbarem Polyimid. Das hat den Vorteil, dass das Einbringen des Dichtmaterials in die Aussparungen und das Strukturieren des Dichtmaterials im Randbereich des Halbleiterchips durch Fotolithographietechniken erleichtert wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass als Dichtmaterial ein gummielastischer Kunststoff eingesetzt wird, der die Aussparungen auffüllt. Ein gummielastischer Kunststoff hat den Vorteil, dass mit einem derartigen Sensorchip eine intensive Abdichtung zwischen einer Gehäuseabdeckung mit Bedienfeldern und dem Sensorchip möglich wird.

Ein Verfahren zur Herstellung von Sensorchips für derartige Sensorbauteile weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.

Zunächst wird ein Halbleiterwafer hergestellt, der in Zeilen und Spalten angeordnete Sensorchippositionen aufweist. Diese Sensorchippositionen weisen ihrerseits Sensorbereiche und Randbereiche auf, wobei die Randbereiche die Sensorbereiche umgeben. In den Randbereichen können Kontaktflächen mit Leiterbahnen zu dem Sensorbereich vorliegen. In die Oberseite eines derartig strukturierten Halbleiterwafers werden als nächstes Aussparungen parallel zu oder entlang vorgesehener Trennspuren zwischen den Halbleiterpositionen eingebracht. Entlang derartiger Trennspuren wird in einem späteren Abschnitt des Verfahrens der Halbleiterwafer in einzelne Sensorchips aufgeteilt. Nach dem Einbringen der Aussparungen werden diese mit einem Dichtmaterial aufgefüllt. Abschließend wird der Halbleiterwafer in einzelne Sensorchips getrennt.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das Dichtmaterial und die Aussparungen für mehrere Sensorbauteile gleichzeitig in die Oberseite eines Halbleiterchips mittels eines Parallelverfahrens eingebracht werden können. Darüber hinaus hat das Verfahren den Vorteil, dass das Einbringen der Aussparungen und das Auffüllen mit Dichtmaterial mittels hochpräziser Halbleitertechniken durchgeführt werden kann.

In einer bevorzugen Durchführung des Verfahrens werden als Aussparungen Nuten entlang der Trennspuren auf dem Halbleiterwafer eingebracht. Die Breite der Nuten wird breiter gewählt, als die Breite der Trennspuren. Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass eine breite Schicht aus Dichtmaterial über den Trennspuren liegt, die breiter ist, als diese Trennspuren selbst. Somit entstehen beim Trennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips zurückgesetzte Kanten, die bereits mit Dichtmaterial aufgefüllt sind. Dazu werden Trenntechniken eingesetzt, die gleichzeitig Dichtmaterial und Halbleitermaterial durchtrennen können.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden als Aussparungen Nuten parallel zu den Trennspuren in den Randbereich der Sensorchippositionen des Halbleiterwafers eingebracht. Dabei können die Nuten sogar eine kleinere Breite, als die Trennspuren aufweisen. Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass kein Dichtmaterial in den Trennspuren vorgesehen ist, so dass beim Trennen nur ein Material, nämlich das Material des Sensorchips, zu durchtrennen ist. Damit werden Probleme, wie sie mit dem Trennen von Verbundmaterialien verbunden sind, vermieden.

Eine Möglichkeit, die Aussparungen einzubringen, bietet die Sägetechnik. Bei der Sägetechnik können Nuten durch entsprechend breite Sägeblätter in die Oberseite des Halbleiterwafers für mehrere Sensorchippositionen gleichzeitig eingebracht werden, in dem der Halbleiterwafer nicht vollständig durchtrennt wird, sondern die Sägetiefe auf die Tiefe der einzubringenden Nuten abgestimmt wird. Diese Verfahren hat den Vorteil, dass Nuten, die mit der Sägetechnik eingebracht werden sollen, mit dem gleichen Sägeautomaten einbringbar sind, wie sie auch für das Trennen der Halbleiterwafer eingesetzt werden.

Eine weitere Verfahrensvariante sieht vor, dass die Aussparungen mittels Ätzen eingebracht werden. Das Einbringen mittels Ätztechnik hat den Vorteil, dass die Geometrie der Aussparung beliebig an die Fenstergeometrie einer Geräteabdeckungen anpassbar ist. So können mit dieser Ätztechnik oval, rund oder rechteckig verlaufende Aussparungen in die Oberseite der Sensorchippositionen eines Halbleiterwafers eingebracht werden, um damit den Sensorchip an die einem modischem Design unterliegenden Geräteabdeckungen anzupassen.

Zum Auffüllen der Aussparungen mit einem Dichtmaterial kann das Dichtmaterial zunächst mit Hilfe eines Sprüh-Schleuderverfahrens auf den Halbleiterwafer aufgebracht werden. Dabei werden die Aussparungen mit dem aufgeschleuderten Dichtmaterial aufgefüllt und gleichzeitig kann sich ein dünner Film über der gesamten Oberseite des Halbleiterwafers ausbreiten. Um den freien Zugriff auf den Sensorbereich zu gewährleisten, kann anschließend dieser Dünnfilm von den Sensorbereichen der Sensorchippositionen des Halbleiterwafers abgetragen werden. Dieses Abtragen kann auf fotolithographischem Wege für ein Dichtmaterial aus Fotolack durchgeführt werden.

Bei einer weiteren Durchführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, das Auffüllen der Aussparung mit einem Dichtmaterial durch Tauchlackieren zu erreichen. Dabei wird der Halbleiterwafer in den entsprechenden Lack getaucht, wobei sich die Aussparungen auffüllen, und sich ein Dünnfilm auf der übrigen Fläche der Oberseite des Wafers ausbreitet. Auch dieser Dünnfilm kann anschließend fotolithographisch oder durch Laserabtrag entfernt werden.

Grundsätzlich sind auch Verfahren einsetzbar, die keinen Dünnfilm auf der übrigen Oberseite des Halbleiterwafers bilden, sondern lediglich das Dichtmaterial im Bereich der Aussparungen aufbringen. Dazu werden Schablonendruckverfahren verwendet. Diese Verfahren sind insbesondere für Dichtmaterialien, die fotolithographisch nicht strukturierbar sind, von Vorteil, und werden für gummielastische Silikonkunststoffe bevorzugt eingesetzt. Außerdem ist es möglich, mit einer Spritzstrahltechnik, das Dichtmaterial im der gewünschten Breite auf den Halbleiterwafer aufzudrucken.

Beim Auftrennen des Halbleiterwafers in einzelne Sensorbauteile, kann eine Trennfuge innerhalb einer Aussparung zwischen den Sensorchippositionen eingebracht werden, so dass mit dem Trennschritt gleichzeitig eine Abdichtkante gebildet wird, die Dichtmaterial an den durch die breiteren Aussparungen zurückgesetzten Sensorchipkanten nach dem Trennschritt zurücklässt. Diese Abdichtkante entlang der Oberseite des Sensorchips bildet vorzugsweise einen Kunststoffwinkel im Querschnitt aus, und bedeckt die Seitenränder des Sensorchips nicht vollständig.

Ist die Breite der Aussparung kleiner oder gleich der Breite der Trennspur, dann erfolgt das Auftrennen des Halbleiterwafers entlang der Trennspuren parallel zu den Aussparungen bzw. den Nuten der Aussparungen in den Randbereichen der Halbleiterchippositionen. Damit wird gewährleistet, dass die Aussparungen auch noch nach dem Trennschritt für ein Auffüllen mit Dichtmaterial zur Verfügung stehen, bzw. dass ein bereits aufgebrachtes Dichtmaterial nicht durch den Trennschritt verloren geht. Außerdem hat es den Vorteil, dass Sägeblätter bei dem Trennschritt nicht von dem Dichtmaterial kontaminiert oder durch anhaftendes Dichtmaterial entschärft werden.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauteils gemäß der Erfindung weist die zusätzlichen Verfahrensschritte auf, dass die Kontaktflächen des Sensorchips mit elektrischen Verbindungsleitungen versehen werden. Diese Verbindungsleitungen können anschließend teilweise in eine Kunststoffmasse entlang eines Randes des Sensorchips eingebettet werden, so dass die Verbindungsleitungen als Außenkontakte aus der Kunststoffmasse herausragen. Diese Verbindungsleitungen können Bondbänder oder Bonddrähte oder Flachkabel sein, die durch die Kunststoffmasse vor mechanischen Beschädigungen bei der Montage eines elektronischen Gerätes geschützt werden. Die herausragenden Enden der Bonddrähte, oder Bondbänder, oder Flachkabel stehen dann zum Anschluss für übergeordnete Schaltungen oder Versorgungsleitungen des Gerätes zur Verfügung.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung einen preiswerten Zusammenbau von Siliziumsensoren mit frei zugänglichem Sensorbereich in einer Gehäuseabdeckung ermöglicht. Der Einbau derartiger Sensorbauteile verringert die Dimensionen und den Raumbedarf für Eingabeabdeckungen oder für Bedienfelder der verschiedensten Geräte, bei denen bisher eine Leiterplatte mit Halbleiterchips und mechanischen Tasten in der Geräteabdeckung zusammenwirken. Dieser technische Aufwand kann insbesondere für Mobilfunkgeräte vermindert werden. Gleichzeitig wird technisch der Sensorchip durch eine besondere Ausbildung und Strukturierung der Passivierung auf einem Halbleiterwafer in Kombination mit dem Geräteaufbau geschützt. Insbesondere werden die Geräte gegenüber Feuchtigkeit und andern Umwelteinflüssen, wie Temperatur, Spannungen oder mechanische Belastungen geschützt. Zu diesem Zweck weist der Sensorchip der vorliegenden Erfindung in seinem Randbereich einen Dichtring entlang der Kanten oder rund um die aktive Sensorfläche auf, wobei eine umgebende Aussparung mit einem Dichtmaterial, wie Polyimid oder ähnlichem, die Oberfläche des Halbleiterchips passivierendem Material, aufgefüllt ist.

Die elektrische Verbindung zwischen dem Sensorbereich des Sensorchips mit der Schaltung des Gerätes kann in vorteilhafter Weise durch ein Standardbonddrahtverfahren oder durch Verbinden mit einem flexiblen Flachkabel auf der Oberfläche des Sensorchips erfolgen. Dazu werden die elektrischen Anschlüsse eines übergeordneten Systems mit Kontaktflächen auf dem Sensorchip verbunden. Dabei können die Kontaktflächen des Sensorchips auch Außenkontakte, wie Lotbälle aufweisen, die mit dem flexiblen Flachkabel verbunden werden. Außerdem kann der Randbereich, der diese elektrische Verbindung sichert mit einer Kunststoffmasse aufgefüllt sein, um die Verbindungsleitungen einzubetten, wobei diese Kunststoffmasse auch als "Underfill"-Material bekannt ist. Die letztere Maßnahme kann die Zuverlässigkeit des Sensorbauteils weiter erhöhen.

Durch diese Erfindung werden die Funktionen eines Sensorchips vergrößert, indem nun auch der Sensorchip einen Abdichtring selber trägt, mit dem gewährleistet wird, dass eine schützende mechanische Verbindung zwischen einer Gehäuseabdeckung und dem Sensorchip hergestellt werden kann. Dieses ist eine preiswertere Möglichkeit, als die Gehäuseabdeckungen in jeder der Gehäuseabdeckungsöffnungen mit entsprechenden Dichtelementen, wie Dichtlippen, zu versehen, zumal für derartige Maßnahmen eine hohe Präzision der Fertigung derartiger Gehäuseabdeckungen erforderlich wäre, was nun aufgrund der präziseren Fertigungsverfahren der Halbleitertechnik auf einem Halbleiterwafer preiswerter und genauer durchgeführt werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Sensorchips, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

2 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Sensorchips, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Sensorbauteil mit einem Sensorchip, gemäß 1,

4 zeigt einen schematischen Querschnitt des Sensorbauteils gemäß 3,

5 zeigt einen vergrößerten, schematischen Querschnitt eines Randbereiches des Sensorbauteils, gemäß 3,

6 bis 11 zeigen schematische Querschnitte von Zwischenprodukten bei der Herstellung eines Sensorbauteils mit dem Sensorchip, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung nach 1,

6 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers mit eingebrachten Aussparungen im Bereich einer Trennspur,

7 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers der 6 mit einer, die Aussparung auffüllenden Passivierungsschicht aus fotolithographischem Material,

8 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers nach Strukturieren der Passivierungsschicht gemäß 7,

9 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers nach Einbringen von Trennfugen entlang der mit Dichtmaterial aufgefüllten Aussparung,

10 zeigt einen vergrößerten, schematischen Querschnitt eines Randbereiches des Sensorbauteils vor dem Aufbringen einer Kunststoffmasse auf den Randbereich des Sensorbauteils,

11 zeigt einen vergrößerten, schematischen Querschnitt eines Randbereiches des Sensorbauteils mit einem Sensorchip, gemäß 1,

12 bis 16 zeigen schematische Querschnitte von Zwischenprodukten bei der Herstellung eines Sensorbauteils mit dem Sensorchip, gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung nach 2,

12 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers im Bereich einer Trennspur mit parallel zur Trennspur eingebrachten Aussparungen,

13 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers der 12 mit einem die Aussparungen auffüllenden Dichtmaterial,

14 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterbauteils nach Einbringen von Trennfugen entlang der Trennspuren, gemäß 12,

15 zeigt einen vergrößerten, schematischen Querschnitt eines Randbereichs des Sensorbauteils mit dem Sensorchip, gemäß 2, vor einem Einbetten in eine Kunststoffmasse,

16 zeigt einen vergrößerten, schematischen Querschnitt eines Randbereichs nach Fertigstellung des Sensorbauteils mit einem Sensorchip, gemäß 2.

1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Sensorchips 2, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Sensorchip 2 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung aus einem monokristallinem Silizium hergestellt, wobei die Kristallorientierung im Verhältnis zur Ausrichtung des Sensorbereichs 1 derart gewählt wird, dass eine hohe Sensitivität erreicht wird. Ein Sensorbereich 1 ist von einem Randbereich umgeben, in den eine abdichtende Struktur 5 eingebracht ist. Die abdichtende Struktur 5 umgibt ringförmig vier zurückgesetzte Kanten 8 der Oberseite 3 des Sensorchips 2. Das Halbleitermaterial an den Kanten 8 dieses Sensorchips 2 ist derart abgetragen, dass die Kanten 8 aus Halbleitermaterial zurückgesetzt sind und dafür ein Kantenwinkel 17 aus einer Kunststoffmasse 15 den Sensorchip 2 umgibt. Außerdem ist ein Randbereich 23 der Oberseite 3 des Sensorchips 2 besonders strukturiert, weil er Kontaktflächen 13 aufweist, die mit dem Sensorbereich 1 in Verbindung stehen.

Auf den Kontaktflächen 13 können Verbindungsleitungen angebracht werden, welche den Sensorbereich 1 mit einer übergeordneten Schaltung eines Gerätes verbinden. Derartige übergeordnete Schaltungen können Logikchips sein, welche die Eingaben auf der frei zugänglichen Sensorfläche 12 logisch mit anderen Funktionen eines Gerätes verknüpfen. In dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Kantenwinkel 17 aus Kunststoff an den zurückgesetzten Kanten 8 des Sensorchips 2 gleichzeitig mit einer Passivierungsschicht 21, die strukturiert auf der Oberseite 3 des Sensorchips 2 angeordnet ist, hergestellt. Das Herstellungsverfahren wird in den weiteren 6 bis 11 erläutert. Während das Halbleitermaterial an den Kanten 8 auf der Oberseite 3 des Sensorchips 2 zurückgesetzt ist, um derartige Kantenwinkel 17 zu realisieren, bleiben die übrigen Chipkanten 9 in den vier Ecken 25 bis 28 und auf der Rückseite 24 des Sensorchips 2 unverändert erhalten. Auch die Seitenränder des Sensorchips 2 sind nur im oberen bereich von einem Schenkel des abdichtenden Kantenwinkels 17 aus Kunststoff bedeckt und bleiben im unteren Bereich frei von Dichtmaterial im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik.

2 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Sensorchips 22, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Sensorchip 22 der zweiten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von dem Sensorchip 2, der in 1 gezeigt wird dadurch, dass die Chipkanten 9 aus Halbleitermaterial auch an der Oberseite 3 des Sensorchips 22 voll erhalten bleiben.

Zum Einbringen eines Dichtmaterials 7 in entsprechende Aussparungen 6 werden diese parallel zu den Chipkanten 9 in die Oberseite 3 des Sensorchips 22 eingebracht. Das Einbringen der Aussparungen 6 in die Oberseite 3 kann durch Einbringen von Sägenuten 10 parallel zu den Chipkanten 9 der Oberseite 3 in die Oberseite 3 gesägt werden. Dabei ist lediglich die Schnitttiefe der Säge auf die Tiefe t, der zu erzeugenden Nuten 10 einzustellen. Das Dichtmaterial 7 in den Nuten 10 kann, wie in der ersten Ausführungsform gleichzeitig mit der Passivierungsschicht eingebracht werden, jedoch ist es auch möglich, das Dichtmaterial mit Schablonendruck, oder Siebdruck, oder Strahldruck in die Aussparungen einzubringen.

Das hat den Vorteil, dass die Form und der Verlauf der Aussparungen 6 nicht an die Sägemechanik gebunden ist, so dass auch ovale Sensorbereiche oder kreisförmige Sensorbereiche mit einer entsprechenden ringförmigen Aussparung umgeben werden können. Derartige Aussparungen 6 können mit Hilfe von Plasmaätztechniken, Nassätztechniken, oder durch Materialabtrag, wie einem Laserabtrag, eingebracht werden. Während die Ätztechniken parallel für mehrere Sensorbauteile eines Halbleiterwafers eingebracht werden können, wird bei der Abtragstechnik mittels Laserstrahl eine Schreibtechnik angewandt.

Das Auffüllen mit Dichtmaterial 7 kann ebenfalls entweder parallel für mehrere Sensorchips 2 vorgenommen werden, wie beim Schablonen- oder Siebdruckverfahren, oder es kann das Dichtmaterial in die Aussparungen 6 mit Hilfe einer Schreibdrucktechnik seriell eingebracht werden, wie bei der Strahldrucktechnik. Bei dem Einbringen von Dichtmaterial 7 in die Aussparungen 6, kann die ringförmige Struktur, die den Sensorbereich 1 umgibt, auch als Wulst überhöht werden, um die Dichtwirkung der ringförmigen Struktur zu erhöhen.

3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Sensorbauteil 20 mit einem Sensorchip 2, gemäß 1. Ein geschlossener Rand einer Passivierungsschicht 21 umgibt den Sensorbereich 1 der Oberseite 3 des Sensorchips 2, wobei auf dem linken Rand in dieser Abbildung eine Kunststoffmasse 15 angebracht ist, welche die Verbindung des Sensorchips 2 zu einer übergeordneten Schaltungsplatine sichert.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt des Sensorbauteils 20, gemäß 3. In diesem Querschnitt ist einerseits der Kantenwinkel 17 aus Passivierungsmaterial, mit dem die zurückgesetzten Kanten 8 des Sensorchips 2 aufgefüllt sind, zu sehen. Außerdem weist die Oberseite 3 des Sensorchips 2 einen Steg 31 auf, der den Sensorbereich 1 gegenüber den Kontaktflächen 13 abgrenzt.

5 zeigt einen vergrößerten schematischen Querschnitt eines Randbereiches 4 der Oberseite 3 des Sensorbauteils 20, gemäß 3. In dieser Ausführungsform der Erfindung sind elektrische Verbindungsleitungen 14 auf den Kontaktflächen 13 des Sensorchips 2 angeordnet, die zumindest teilweise eine Kunststoffmasse 15, welche einen Seitenrand 29 des Sensorchips 2 abdeckt. Innerhalb der Kunststoffmasse 15 ist die zurückgesetzte Kante 8 mit dem Kantenwinkel 17 aus dem Dichtmaterial 7 bedeckt. Dieses Dichtmaterial 7 gehört zu einer strukturierten Passivierungsschicht 21, die einen Steg 31 aus Dichtmaterial 7 zwischen den Kontaktflächen 13 und dem Sensorbereich 1 ausbildet.

Anstelle von einzelnen Verbindungsleitungen 14 aus einem Bonddraht können auch Flachleiterkabel für den Anschluss der Kontaktflächen 13 eingesetzt werden, deren einzelne Litzen mit den Kontaktflächen 13 verbunden werden. In diesem Fall muss der Seitenrand 29 nicht vollständig mit Kunststoff abgedeckt sein, sondern es kann vielmehr lediglich die Verbindungsstelle zwischen den Litzen des Flachkabels und den Kontaktflächen 13 mit einem Wulst aus Kunststoffmasse 15 auf der Oberseite 3 des Sensorchips 2 geschützt sein.

Die 6 bis 11 zeigen schematisch Querschnitte von Zwischenprodukten bei der Herstellung eines Sensorbauteils 20 mit dem Sensorchip 2, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung nach 1.

Zunächst wird ein Halbleiterwafer 16 aus monokristallinem Silizium mit geeigneter Orientierung zur Verfügung gestellt. Derartige Halbleiterwafer 16 haben eine Dicke D zwischen 250 und 1500 Mikrometern und einen Durchmesser von mehreren 10 Zentimetern. Ihre Rückseite 24 ist üblicherweise gesägt und/oder geläppt und ihre Oberseite 3, die gleichzeitig die Oberseite 3 der Sensorchips bildet, ist gesägt, geläppt und auf Spiegelqualität poliert. Auf einem derartigen Halbleiterwafer 16 sind Sensorchippositionen 18 in Zeilen und Spalten vorgesehen, zwischen denen Sägespuren angeordnet sind.

Entlang dieser Trennspuren 11 werden beim Trennvorgang eines derartigen Halbleiterwafers 16 zu einzelnen Sensorchips Trennfugen eingebracht, die eine Breite B im Bereich von 40 bis 240 Mikrometern aufweisen können. Die Breite B der Trennfugen hängt von der Dicke D des Halbleiterwafers 16 ab, weil mit Abnehmen der Dicke D auch die Breite B der Trennfuge aufgrund der Konstruktion der eingesetzten Diamantsägeblätter schmaler werden kann. Bevor jedoch ein Halbleiterwafer 16 getrennt wird, werden bereits die Sensorbereiche 1, die Kontaktflächen 13 und die Randbereiche 4, die jeden Sensorbereich 1 umgeben, auf der spiegelpolierten Oberseite 3 des Halbleiterwafers 16 in jeder der Sensorchippositionen angeordnet.

6 zeigt eine Aussparung 6 im Bereich einer derartigen Trennspur 11. In diese Trennspur wird beim Auftrennen des Halbleiterwafers 16 in einzelne Sensorchips, eine Trennfuge eingebracht. Diese Aussparung 6 weist eine Breite b auf, die breiter ist, als die Breite B der vorgesehenen Trennfuge. Diese Aussparungen 6 können mit einem breiteren Sägeblatt eingebracht werden, wobei die Tiefe t der Aussparung 6, in Form einer Nut, durch Absenken eines Sägeblattes eingestellt wird, und zwischen 5 und 50 Mikrometern liegt. Die Breite b wird beispielsweise doppelt so breit ausgeführt werden, wie die Breite B der Trennfuge.

Das Einbringen einer derartigen Aussparung kann alternativ durch Trockenätzen in einem Plasma oder durch Nassätzen in einer Ätzlösung eingebracht werden, oder durch Abtrag mittels eines Laserstrahls erfolgen. Beim Sägen entstehen auf der Oberseite 3 des Halbleiterwafers 16 geradlinige Strukturen, während bei den anderen Technologien die Aussparungen 6, welche den Sensorbereich 1 umgeben sollen, beliebig gestaltet werden können. 6 zeigt neben der eingebrachten Aussparung 6 im Randbereich eine Kontaktfläche 13, die metallisiert ist, und mit dem Sensorbereich 1 elektrisch verbunden ist.

7 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers 16 der 6 mit einer die Aussparung 6 auffüllenden Passivierungsschicht 21 aus fotolithographischem Material. Ein derartiges Material kann Polyimid sein, das beim Auftragen gleichzeitig die Aussparung 6 mit Kunststoffmaterial auffüllt. Dazu werden Sprühtechniken, Lackiertechniken, Schleudertechniken, Tauchtechniken oder andere Varianten eingesetzt, um eine möglichst gleichmäßige Bedeckung der spiegelblank polierten Oberseite 3 des Halbleiterwafer 16 zu erreichen.

8 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers 16 nach Strukturieren der Passivierungsschicht 21 gemäß 7. Die Passivierungsschicht 21 kann mit Hilfe der Fotolithographie im Sensorbereich 1 entfernt werden. Die Photolackschicht muss über den Kontaktflächen 13 entfernt werden, um dort elektrische Verbindungsleitungen anbringen zu können. Bei dieser ersten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Steg 31 zwischen dem Sensorbereich 1 und den Kontaktflächen 13 erhalten bleibt, und die Passivierungsschicht 21 auch über die Aussparung 6 hinaus, auf der Oberseite 3 des Halbleiterwafers 16 im Bereich der vorgesehenen Trennspuren, nicht entfernt wird.

9 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers 16 nach Einbringen von Trennfugen 19, entlang der mit Dichtmaterial 7 gefüllten Aussparung 6. Da die Breite B der Trennfuge 19 schmaler ist als die Breite b der Aussparung 6 in Form einer eingebrachten Sägenut 10, werden die zurückgesetzten Kanten 8 auf der Oberseite 3 des Sensorchips 2 durch einen Kantenwinkel 17 aus Passivierungsschichtmaterial geschützt. Der aus einem Halbleiterwafer 16 gewonnene Sensorchip 2 kann anschließend zu einem Sensorbauteil weiter verarbeitet werden.

10 zeigt einen vergrößerten, schematischen Querschnitt eines Randbereiches 4 des Sensorbauteils 20 vor einem Aufbringen einer Kunststoffmasse auf den Randbereich 4. Durch Zuführen von Verbindungsleitungen 14 und Aufbringen von Verbindungsleitungen 14 auf die Kontaktflächen 13, wird der Sensorbereich 1 mit entsprechenden Verbindungsleitungen 14 verbunden. Diese Verbindungsleitungen 14 können Teil eines Flachleiterkabels sein.

11 zeigt einen vergrößerten, schematischen Querschnitt eines Randbereiches 4 des Sensorbauteils 30 mit einem Sensorchip 2, gemäß 1. Die Verbindungsstelle zwischen der Verbindungsleitung 14 und der Kontaktfläche 13 kann durch Einbetten in eine Kunststoffmasse 15 weiter stabilisiert werden. Diese Kunststoffmasse 15 kann ein sogenanntes "underfill"-Material aufweisen. Mit dem Anbringen der Verbindungsleitungen 14 ist praktisch das Sensorbauteil 20 fertiggestellt, das nun zusätzlich zu den elektrischen Funktionen auch eine Abdichtfunktion mit einer Gehäuseabdeckung erfüllen kann.

Die 12 bis 16 zeigen schematische Querschnitte von Zwischenprodukten bei der Herstellung eines Sensorbauteils 30 mit dem Sensorchip 22, gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung nach 2. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.

12 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers 16 im Bereich einer Trennspur 11 mit parallel zur Trennspur 11 eingebrachten Aussparungen 6. In diesem Fall werden die Sensorchippositionen 18 mit einer Nut 10 versehen, deren Breite b kleiner sein kann, als die Breite B der Trennspur 11. Außerdem bleiben die Chipkanten aus Halbleitermaterial auch auf der Oberseite 3 des Halbleiterwafers 16 erhalten und werden nicht durch die Einbringung der Aussparung 6 zurückgesetzt, wie in der ersten Ausführungsform der Erfindung.

13 zeigt dazu einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers 16 der 12 mit einem die Aussparungen 6 auffüllenden Dichtmaterial 7. Dieses Dichtmaterial 7 ist in 13 coplanar mit der Oberseite 3 des Halbleiterwafers 16 ausgebildet. Es kann aber auch derart eingebracht werden, dass sich eine Überhöhung oder ein Wulst aus Dichtmaterial 7 oberhalb der Aussparungen 6 ergibt. Damit kann der Dichtring in seiner Form, Größe und seinen Dichtungseigenschaften an die Erfordernisse einer Geräteabdeckplatte angepasst werden.

14 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Halbleiterwafers nach Einbringen von Trennfugen 19 entlang der Trennspuren, gemäß 12 bzw. 13. Die Chipkante 9 an der Oberseite 3 der entstehenden Sensorchips 22 bleibt somit unversehrt, was den Vorteil hat, dass beim Sägen nicht ein Verbundmaterial durchtrennt werden muss, sondern ein einheitliches Material, nämlich das Halbleitermaterial des Halbleiterwafers, beispielsweise aus Silizium.

15 zeigt einen vergrößerten, schematischen Querschnitt eines Randbereichs 4 des Sensorbauteils 30 mit dem Sensorchip 22 gemäß 2, vor einem Einbetten in eine Kunststoffmasse. Dieser Querschnitt entspricht im wesentlichen dem Querschnitt der 10 für die erste Ausführungsform der Erfindung, lediglich dass hier die Chipkante 9 erhalten bleibt und die Oberseite 3 des Sensorchips coplanar mit der Oberseite 3 des Dichtmaterials 7 ausgerichtet ist.

16 zeigt einen vergrößerten schematischen Querschnitt eines Randbereichs 4 des Sensorbauteils 30 nach Fertigstellung des Sensorbauteils 30 mit einem Sensorchip 22, gemäß 2. Die hier gezeigte Kunststoffmasse 15 bedeckt auch den Seitenrand 29 des Sensorchips 22. Die Kunststoffmasse 15 kann auch lediglich den Randbereich 4 der Oberseite 3 des Sensorchips 22 bedecken, und damit den Anschluss der Verbindungsleitung 15 an die Kontaktfläche 13 schützen.

1Sensorbereich 2Sensorchip (erste Ausführungsform) 3Oberseite des Sensorchips 4Randbereich der Oberseite 5abdichtende Struktur 6Aussparung 7Dichtmaterial 8Kante (Kunststoff) 9Chipkante 10Nut 11Trennspur 12Sensorfläche 13Kontaktfläche 14elektrische Verbindungsleitung 15Kunststoffmasse 16Halbleiterwafer 17Kantenwinkel 18Sensorchipposition 19Trennfuge 20Sensorbauteil (erste Ausführungsform) 21Passivierungsschicht 22Sensorchip (zweite Ausführungsform) 23Randbereich 24Rückseite des Sensorchips 25Ecke der Sensorchips 26Ecke der Sensorchips 27Ecke der Sensorchips 28Ecke der Sensorchips 29Seitenrand 30Sensorbauteil (zweite Ausführungsform) 31Steg bBreite der Aussparung BBreite der Trennfuge DDicke des Halbleiterwafers tTiefe der Nut

Anspruch[de]
  1. Sensorbauteil mit einem frei zugänglichen Sensorbereich (1), der auf einer Oberseite (3) eines Sensorchips (2) angeordnet ist und mit einem Randbereich (4), der den Sensorbereich (1) umgibt, wobei der Randbereich (4) eine abdichtende Struktur (5) aufweist, die eine den Sensorbereich (1) umrundende Aussparung (6) aufweist und mit einem Dichtmaterial (7) aufgefüllt ist.
  2. Sensorbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (2) als Aussparung (6) zurückgesetzte Kanten (8) aufweist, die mit Dichtmaterial (7) aufgefüllt sind und vorzugsweise im Querschnitt einen Kantenwinkel (17) aus Dichtmaterial (7) bilden.
  3. Sensorbauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (2) als Aussparung parallel zu den Chipkanten (9) auf seiner Oberseite (3) Nuten (10) aufweist, die mit Dichtmaterial (7) aufgefüllt sind.
  4. Sensorbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmaterial (7) einen gummielastisches Kunststoff aufweist.
  5. Sensorbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmaterial (7) einen ausgehärteten oder fixierten Photolack aufweist.
  6. Sensorbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmaterial (7) ein photolithographisch strukturiertes Polyimid aufweist.
  7. Verfahren zur Herstellung von Sensorchips (2) mit einem frei zugänglichen Sensorbereich (1), der auf einer Oberseite (3) des Sensorchips (2) angeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

    – Herstellen eines Halbleiterwafers (16) mit in Zeilen und Spalten angeordneten Sensorchippositionen (18), wobei die Sensorchippositionen (18) Sensorbereiche (1) und die Sensorbereiche (1) umgebende Randbereiche (4) aufweisen, wobei einer der Randbereiche (4) Kontaktflächen (13) mit Leiterbahnen zu dem Sensorbereich (1) aufweist,

    – Einbringen von Aussparungen (6) parallel zu oder entlang vorgesehener Trennspuren (11) zwischen den Sensorchippositionen (18) in die Oberseite (3) des Halbleiterwafers (16),

    – Auffüllen der Aussparungen (6) mit einem Dichtmaterial (7),

    – Auftrennen des Halbleiterwafers (16) in einzelne Sensorchips (2).
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Aussparungen (6) Nuten (10) entlang der Trennspuren (11) eingebracht werden, wobei die Breite (b) der Nuten (10) breiter als die Breite (B) der Trennspuren (11) ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Aussparungen (6) Nuten (10) parallel zu den Trennspuren (11) in den Randbereichen (4) der Sensorchippositionen (18) des Halbleiterwafers (16) eingebracht werden, wobei die Breite (b) der Nuten (10) kleiner oder gleich der Breite (B) der Trennspuren (11) sind.
  10. Verfahren nach einem der in der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von Aussparungen (6) mittels Plasmasätzen oder Nassätzen erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der in der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von Aussparungen (6) mittels im Materialabtrag vorzugsweise durch Laserabtrag erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der in der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von Aussparungen (6) mittels Sägen folgt, wobei die Sägetiefe auf die Tiefe (t) der einzubringenden Nuten (10) eingestellt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auffüllen der Aussparungen (6) mit einem Dichtmaterial (7) auf den Sensorchip (2) ein Dichtmaterial (7) mit Hilfe eines Sprüh-Schleuderverfahrens aufgebracht wird, wobei die Aussparungen (6) mit dem aufgeschleuderten Dichtmaterial (7) aufgefüllt werden und sich ein Dünnfilm aus Dichtmaterial (7) auf der übrigen Fläche der Oberseite (2) des Halbleiterwafers (16) ausbreitet, der anschließend entfernt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auffüllen der Aussparungen (6) mit einem Dichtmaterial (7) die Sensorchips (2) Tauchlackiert werden, wobei sich die Aussparungen (6) auffüllen und sich ein Dünnfilm auf der übrigen Fläche der Oberseite (3) des Halbleiterwafers (16) aus Photolack oder Kunststoff ausbreitet, der anschließend entfernt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnfilm auf der Oberseite (3) des Halbleiterwafers (16) photolithographisch derart strukturiert wird, dass die Dichtfläche über und entlang der Aussparungen (6) vergrößert wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftrennen des Halbleiterwafers (16) die Trennspur (11) innerhalb einer Aussparung (6) zwischen den Sensorchippositionen (18) geführt wird, wenn die Aussparung (6) eine größere Breite (b) aufweist als die Breite (B) der Trennspur (11).
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftrennen des Halbleiterwafers (16) die Trennspur (11) entlang der Sensorchippositionen (18) parallel zu Nuten (10) in den Randbereichen (4) der Sensorpositionen (18) geführt wird, wenn die Breite (b) der Aussparung (6) kleiner oder gleich der Breite (B) der Trennspur (11) ist.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (6) mit in Dichtmaterial (7) mittels Siebdruck- oder Schablonendruck- oder Strahldruckverfahren aufgefüllt werden.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauteils (2) mit einem frei zugänglichen Sensorbereich (1), der auf einer Oberseite (3) des Sensorbauteils (2) angeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

    – Herstellen eines Sensorchips (2), gemäß einem der Ansprüche 7 bis 18 mit Kontaktflächen (13) in einem Randbereich (4) der Ränder des Sensorchips (22),

    – Aufbringen von elektrischen Verbindungsleitungen (14) auf die Kontaktflächen (13) des Sensorchips (2),

    – Einbetten der elektrischen Verbindungsleitungen (14) in eine Kunststoffmasse (15) entlang eines der Ränder, der die Kontaktflächen (13) aufweist.
Es folgen 6 Blatt Zeichnungen






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