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Dokumentenidentifikation DE102005054631A1 24.05.2007
Titel Sensoranordnung mit einem Substrat und mit einem Gehäuse und Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Mueller, Stefan, 88142 Wasserburg, DE;
Haag, Frieder, 72827 Wannweil, DE;
Boes, Thomas-Achim, 72827 Wannweil, DE
DE-Anmeldedatum 16.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005054631
Offenlegungstag 24.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2007
IPC-Hauptklasse H01L 23/28(2006.01)A, F, I, 20051116, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 21/56(2006.01)A, L, I, 20051116, B, H, DE   H01L 25/04(2006.01)A, L, I, 20051116, B, H, DE   G01L 5/00(2006.01)A, L, I, 20051116, B, H, DE   
Zusammenfassung Es wird eine Sensoranordnung mit einem Substrat und einem Gehäuse sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung vorgeschlagen, wobei das Gehäuse das Substrat in einem ersten Substratbereich im Wesentlichen vollständig umgibt, wobei das Gehäuse in einem zweiten Substratbereich zumindest teilweise mittels einer Öffnung geöffnet vorgesehen ist und wobei im Bereich der Öffnung der zweite Substratbereich aus dem Gehäuse ragend vorgesehen ist, wobei das Gehäuse mittels einer Spritzgussmasse hergestellt und derart geformt vorgesehen ist, dass die Spritzgussmasse lediglich eine Fließfront aufweist.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung mit einem Substrat und mit einem Gehäuse nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 29 026 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors bekannt, bei dem ein Halbleiterdruckaufnehmer auf einen Montageabschnitt eines Leitungsgitters aufgebracht wird, der Halbleiterdruckaufnehmer mit Kontaktabschnitten des Leitungsgitters elektrisch verbunden wird, das Leitungsgitter mit dem Halbleiterdruckaufnehmer in ein Spritzwerkzeug eingesetzt wird und anschließend der Halbleiterdruckaufnehmer in dem Spritzwerkzeug mit einem Gehäuse aus Spritzmasse umgeben wird, wobei in dem Spritzwerkzeug Mittel vorhanden sind, durch welche eine Druckzuführung für den Halbleiterdruckaufnehmer von der Umhüllung und Spritzmasse ausgespart wird, wobei ein Stempel im Spritzwerkzeug durch einen Spalt zu der von dem Halbleiterdruckaufnehmer abgewandten Seite des Montageabschnittes beabstandet angeordnet ist. Alternativ dazu ist es bekannt, Sensoren, die einen Zugang zu äußeren Medien brauchen, wie z. B. Drucksensoren, in Premold-Gehäusen zu verpacken. Dazu wird zuerst die Gehäuseform gespritzt und nachfolgend der Chip in das bereits vorgefertigte Gehäuse montiert und entsprechend kontaktiert. Da sogenannte Premold-Gehäuse-Formen gegenüber Standard-Moldgehäusen vergleichsweise teuer sind, ist bereits mittels der genannten Offenlegungsschrift versucht wurden, auch Drucksensoren in Standardmold-Gehäusen zu verpacken. Beispielsweise wird hierfür durch einen Stempel oder dgl. ein Teilbereich der Bauelementoberfläche freigehalten. Nachteilig bei allen bereits existierenden Gehäuseformen ist, dass das Sensorelement in eine Kunststoffmasse zumindest teilweise eingebettet ist. Durch thermische Ausdehnung kann die Kennlinie des Sensorelements stark beeinflusst werden. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zu Spannungen in dem Sensorelement führen, was zu Fehlmessungen bzw. Funktionsausfällen Anlass gibt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung mit einem Substrat und mit einem Gehäuse bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche hat dem gegenüber den Vorteil, dass der aktive Sensorbereich der Sensoranordnung erheblich besser von Spannungseintragungen, welche durch das Gehäuse induziert sind, entkoppelt werden kann. Hierzu weist das Substrat einen ersten Substratbereich und einen zweiten Substratbereich auf, wobei sich ein aktiver Sensorbereich, etwa eine Drucksensormembran oder dgl., im zweiten Substratbereich befindet und der zweite Substratbereich aus dem Gehäuse ragend vorgesehen ist. Im Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Substratbereich weist das Gehäuse im zweiten Substratbereich eine Öffnung auf. Dadurch, dass der zweite Substratbereich aus dem Gehäuse ragend vorgesehen ist, ist das Gehäuse so ausgeführt, dass der Sensor bzw. das Substrat mit dem aktiven Sensorbereich nur an einer Seite, nämlich im Bereich seines ersten Substratbereichs, im Moldcompound bzw. im Gehäusematerial eingebettet ist. Dies kann erfindungsgemäß beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Sensor balkenförmig ausgeführt ist. Vorteilhafterweise ist daher das Substrat mit dem im zweiten Substratbereich befindlichem Sensorelement bzw. aktiven Bereich lediglich im ersten Substratbereich in das Gehäuse eingebettet vorgesehen. Ein besonderer Vorteil ergibt sich ferner dadurch, dass das mittels einer Spritzgussmasse hergestellte Gehäuse derart geformt vorgesehen ist, dass die Spritzgussmasse lediglich eine einzige Fließfront aufweist. Dies gilt insbesondere für den Teil des Gehäuses, der beim zweiten Substratbereich vorgesehen ist. Die Realisierung einer einzigen Fließfront kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Gehäuse einfach zusammenhängend vorgesehen ist, zumindest hinsichtlich seiner äußeren Oberfläche. Das bedeutet, dass bei der Herstellung des Gehäuses die Spritzgussmasse nicht beidseitig um eine von außen vorgegebene Begrenzung (nämlich beispielsweise zur Bildung der Öffnung im Gehäuse) herumgeführt werden muss, was zur Ausbildung zweier Fließfronten führen würde. Hierdurch ist es möglich, dass die Bildung einer Bindenaht beim Aufeinandertreffen zweier Fließfronten vermieden wird. Eine Bindenaht führt in der Regel zu einer mechanischen Schwächung des Gehäuses, weiterhin kann beim Aufeinandertreffen der Fließfronten Luft eingeschlossen werden, was zu Lunkern und Fehlstellen im Gehäuse führen kann.

Bevorzugt ist ferner, dass der erste Substratbereich und der zweite Substratbereich monolithisch verbunden vorgesehen sind bzw. von diesem umgeben. Dies bedeutet, dass es sich bei dem ersten und zweiten Substratbereich vorzugsweise um ein durchgängiges Substratmaterial handelt, wobei die Einteilung zwischen ersten Substratbereich und zweiten Substratbereich lediglich dadurch zustande kommt, dass Teile des Substrats im Gehäuse eingebettet sind (erster Substratbereich) und Teile davon aus dem Gehäuse herausragen (zweiter Substratbereich). Selbstverständlich kann es sich bei dem Substrat auch um ein zusammengesetztes Substratmaterial handeln, beispielsweise um ein Halbleitersubstrat mit einem Kappenwafer oder auch um zusammengesetzte bzw. gebondete oder auch aufgewachsene Substrate wie etwa SOI-Substrate oder dgl. Bevorzugt ist ferner, dass als Gehäuse eine Spritzgussmasse vorgesehen ist. Hierfür kann auf bewährte Herstellungsverfahren zur Bereitstellung von Gehäusen für Halbleiterbauelemente bzw. generell für elektronische Bauelemente zurückgegriffen werden, insbesondere auf das Verfahren des sogenannten Transfermolding (Spritzpressverfahren), welches auch als Transferformen bezeichnet wird. Hierbei wird ein Gehäuse aus einer Spritzmasse (Moldcompound) dadurch hergestellt, dass das Bauelement bzw. eine Halbleitersensoranordnung in das Gehäuse eingebettet wird.

Bevorzugt ist ferner, dass das Gehäuse den zweiten Substratbereich zumindest in einer Hauptebene des Substrats beabstandet teilweise umgibt, wobei das Gehäuse in der Hauptebene des Substrats in einem Winkelbereich geöffnet ist. Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass der aus dem Gehäuse herausragende, zweite Substratbereich zwar von mechanischen Spannungen, die durch das Gehäuse verursacht werden könnten, geschützt wird, jedoch gleichzeitig auch durch das Gehäuse selbst, welches jedoch im Bereich des zweiten Substratbereichs beabstandet von dem Substrat angeordnet ist, geschützt wird, insbesondere vor von außen einwirkenden Kräften, etwa durch Herunterfallen oder sonstiges. Dadurch, dass das Gehäuse den zweiten Substratbereich nicht vollständig umschließt, sondern höchstens teilweise – dass also das Gehäuse in der Hauptebene des Substrats in einem Winkelbereich geöffnet ist – ist die Bildung zweier Fließfronten und die damit einhergehenden Nachteile bei der Herstellung des Gehäuses quasi ausgeschlossen. Erfindungsgemäß ist weiterhin bevorzugt, dass der zweite Substratbereich einen aktiven Bereich zur Sensierung einer detektierbaren Größe oder mehrerer detektierbarer Größen aufweist, wobei die Größe oder die Größen lediglich mittels eines wenigstens mittelbaren Kontakts zumindest eines Teils der Sensoranordnung mit einem Medium detektierbar sind. Es ist damit erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass der aktive Sensorbereich zum einen für ein Medium, beispielsweise ein Fluid, welches unter Druck steht und dessen Druck gemessen werden soll, zugänglich ist und zum anderen, dass dennoch eine kostengünstige, einfache und schnelle Herstellung der gesamten Sensoranordnung, d.h. inklusive eines Gehäuses für das Substrat mit dem aktiven Bereich erfindungsgemäß möglich ist. Alternativ hierzu, d.h. dass ein Medienkontakt zwischen einem aktiven Sensorbereich und einem Medium besteht, ist es selbstverständlich auch möglich, die erfindungsgemäße Sensoranordnung für Sensorprinzipien zu verwenden, bei denen kein Medienkontakt vorhanden oder erforderlich ist, beispielsweise Inertialsensoren. Auch bei solchen, keinen Medienkontakt erfordernden Sensorprinzipien ist es besonders vorteilhaft, dass eine Stresseinleitung ausgehend vom Gehäuse zum aktiven Sensorbereich weitgehend vermieden wird. Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt, dass der erste Substratbereich Kontaktmittel zur elektrischen Kontaktierung und/oder Schaltungsmittel aufweist und dass am Übergang zwischen dem ersten Substratbereich und dem zweiten Substratbereich lediglich vergleichsweise unempfindliche Strukturen im Substrat vorgesehen sind. Solche vergleichsweise unempfindlichen Strukturen sind beispielsweise Leitungsbahnen, die Kontaktierungsleitungen von dem Schaltungsteil im ersten Substratbereich zu den aktiven Bereich im zweiten Substratbereich führen bzw. bereitstellen. Erfindungsgemäß ist es dadurch möglich, dass ohne Ausbeuteverlust oder dgl. bzw. ohne zusätzliche Kosten allein aufgrund einer sinnvollen Anordnung der verschiedene Funktionsbereiche auf dem erfindungsgemäßen Substrat der Halbleiteranordnung bzw. der Sensoranordnung ein funktionsgerechter Übergang vom ersten Substratbereich zum zweiten Substratbereich möglich ist, d.h. insbesondere eine erfolgreiche Abdichtung zwischen einen Spritzwerkzeug und dem Substrat der Sensoranordnung beim Umspritzen des ersten Substratbereichs mit der Vergussmasse möglich ist. Es ist ferner bevorzugt, dass am Übergang zwischen dem ersten Substratbereich und dem zweiten Substratbereich ein Abdichtmaterial, insbesondere ein Gel oder eine Folie, vorgesehen ist. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, zum einen eine höhere Dichtigkeit zwischen dem Spritzwerkzeug und dem Substrat zu erzielen und andererseits einen besseren Schutz für die im Übergangsbereich zwischen dem ersten Substratbereich und dem zweiten Substratbereich befindlichen Strukturen des Substrates herbeizuführen. Dies führt darüber hinaus dazu, dass auch empfindlichere Strukturen in diesem Übergangsbereich lokalisierbar sind, so dass insgesamt die benötigte Chipfläche zur Herstellung des Substrats der Sensoranordnung reduziert werden kann.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, wobei insbesondere das Gehäuse durch Umspritzen des Substrats mittels einer Spritzgussmasse hergestellt wird und wobei das Substrat lediglich in seinem ersten Substratbereich von dem Gehäuse im wesentlichen vollständig umgeben wird und wobei das Gehäuse derart geformt wird, dass die Spitzgussmasse lediglich eine Fließfront aufweist. Der restliche Substratbereich (zweiter Substratbereich) ragt dem gegenüber aus dem Gehäuse heraus. Bevorzugt ist hierbei, dass beim Umspritzen zur Abdichtung eines Spritzwerkzeugs zwischen dem ersten Substratbereich und dem zweiten Substratbereich ein Teil des Spritzwerkzeugs entweder direkten Kontakt mit dem Substrat hat oder dass beim Umspritzen zur Abdichtung eines Spritzwerkzeuges zwischen dem ersten Substratbereich und dem zweiten Substratbereich ein Teil des Spritzwerkzeuges auf ein Abdichtmaterial drückt. Das Abdichtmaterial kann hierbei entweder bei der Herstellung des Gehäuses in die Sensoranordnung eingebaut werden, beispielsweise durch Aufbringen des Abdichtmaterials auf das Substrat (zwischen dem ersten und dem zweiten Substratbereich) und anschließendem Vergießen des Gehäusematerials, d.h. anschließendem zumindest teilweise Einbetten auch des Abdichtmaterials in das Gehäuse (Verbrauch des Abdichtmaterials bei der Herstellung des Gehäuses). Alternativ dazu kann das Abdichtmaterial auch Teil eines Spritzwerkzeugs bzw. zumindest an diesem zur Abdichtung angebracht vorgesehen sein (etwa als Abdichtfolie oder als weiche Abdichtmasse). In diesem Fall wird das Abdichtmaterial zumindest nicht in wesentlichem Maße in das Gehäuse eingebettet.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Sensoranordnung,

2 eine schematische Darstellung einer Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in Anlehnung an die Schnittlinie AA aus 1,

3 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Sensoranordnung mit weiteren Details zum Inneren der Sensoranordnung,

4 eine schematische Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung,

5 eine schematische Schnittdarstellung der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung in Anlehnung an die Schnittlinie AA aus 4 und

6 eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung.

In 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 10 dargestellt. Diese Sensoranordnung 10 umfasst ein Gehäuse 30 und ein Substrat 20. Das Substratmaterial ist insbesondere als ein Halbleitermaterial bzw. als ein Verbundsubstrat beispielsweise von Wafern unterschiedlicher oder gleicher Materialien vorgesehen. Im folgenden wird das Substratmaterial als Substrat 20 bezeichnet. Das Substrat 20 weist einen ersten Bereich 21 und einen zweiten Bereich 22 auf, wobei im zweiten Bereich 22 ein aktiver Bereich 23 gesondert dargestellt ist, der zur Sensierung bzw. zur Erfassung einer Größe dient, die mittels der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 gemessen werden soll. Im zweiten Substratbereich 22 ist im Übergangsbereich zum ersten Substratbereich 21 eine Öffnung 33 in dem Gehäuse 30 vorhanden, so dass der zweite Substratbereich 22 herausragen kann. Bei der mittels des aktiven Bereichs 23 detektierbaren Größe handelt es sich insbesondere um eine solche, welche lediglich mittels eines wenigstens mittelbaren Kontakts zwischen dem zweiten Substratbereich 22 bzw. insbesondere dem aktiven Bereich 23 und einem in den Figuren nicht dargestellten Medium detektierbar ist. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um ein Gas handeln, dessen Druck mittels einer Druckmessmembran als aktiven Bereich 23 gemessen werden soll. Hierbei muss das Medium, etwa Luft oder ein anderes Gas, Zugang zu dem Bereich 23, d.h. insbesondere zu der Druckmessmembran, haben. Dieser Zugang zum aktiven Bereich 23 wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, dass der zweite Substratbereich 22 aus dem Gehäuse 30 herausragt und dass der erste Substratbereich 21 in dem Gehäuse 30 eingebettet ist. In 1 ist eine Schnittlinie AA eingezeichnet, wobei die 2 mit gewissen Abwandlungen eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 gemäß der Schnittlinie AA aus der 1 ist. In 1 ist noch erkennbar, dass aus dem Gehäuse 30 insbesondere Anschlusselemente 31, wie beispielsweise Pins oder Kontaktierungsbeinchen oder dgl., herausstehen. Es ist jedoch erfindungsgemäß ebenso möglich, dass keine Kontaktierungselemente 31 aus dem Gehäuse 30 herausstehen, sondern dass auf der Oberseite, der Unterseite und/oder den lateralen Flächen des Gehäuses 30 Kontaktflächen (nicht dargestellt) vorhanden sind, die einer Kontaktierung des Bauelements bzw. der Sensoranordnung dienen, beispielsweise mittels einer Flip-Chip-Montagemöglichkeit oder dgl.

In 2 ist die erfindungsgemäße Sensoranordnung 10 mit dem ersten Substratbereich 21, dem zweiten Substratbereich 22, dem aktiven Bereich 23, dem Gehäuse 30 und der Öffnung 33 dargestellt. Zusätzlich ist in 2 noch eine spezielle beispielhafte Ausführungsform angedeutet, bei der zusätzlich zu dem Substrat 20 ein weiteres Substrat 26 vorhanden ist, welches beispielsweise weitere Schaltungsmittel zur Auswertung der Signale des aktiven Bereichs 23 umfasst. Hierzu ist das Substrat 20 und das weitere Substrat 26 mittels einer Verbindungsleitung 27, insbesondere in Form eines Bonddrahtes 27 miteinander verbunden. Sowohl das Substrat 20 als auch das weitere Substrat 26 ist im Beispiel der Anordnung der 2 auf einem sogenannten Leitungsgitter 25, welches auch als Leadframe 25 bezeichnet wird, angeordnet bzw. auf dem Leadframe 25 verklebt oder in sonstiger Weise befestigt.

In 3 ist eine weitere schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Sensoranordnung dargestellt, wobei in 3 weitere Details des Inneren der Sensoranordnung 10 sichtbar sind, etwa neben dem Substrat 20, dem ersten Substratbereich 21, dem zweiten Substratbereich 22, dem aktiven Bereich 23, dem weiteren Substrat 26 und den Bonddrähten 27, weitere Bonddrähte 32 zur Kontaktierung des weiteren Substrats 26 mit den Anschlusselementen 31. Zusätzlich ist in 3 der Leadframe bzw. das Leitungsgitter 25 dargestellt.

In 4 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Wiederum weist das Substrat 20 den ersten Substratbereich 21 und den zweiten Substratbereich 22 auf, wobei der zweite Substratbereich 22 einerseits den aktiven Bereich 23 umfasst und andererseits an der Öffnung 33 aus dem Gehäuse 30 herausragt. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel weist jedoch das Gehäuse 30 einen Verlängerungsbereich 35 auf, der im wesentlichen in der Hauptebene des Substrats 20 entlang des zweiten Substratbereichs 22 sich erstreckt und damit den zweiten Substratbereich 22 insbesondere vor mechanischen Einwirkungen schützt. Hierbei werden jedoch die Vorteile der vorliegenden erfindungsgemäßen Sensoranordung insoweit realisiert, als der Zusatzbereich 35 bzw. Verlängerungsbereich 35 des Gehäuses den zweiten Substratbereich 22 zwar schützt, jedoch keine mechanischen Kräfte, beispielsweise durch unterschiedliche Temperaturkoeffizienten oder dgl. auf den zweiten Substratbereich 22 und insbesondere auf den aktiven Bereich 23 der Sensoranordnung ausübt. Dies deshalb, weil der Verlängerungsbereich 35 einen Abstand zum zweiten Substratbereich 22 einhält, wobei dieser Abstand mittels des Bezugszeichens 24 in der 4 angedeutet ist. Der Verlängerungsbereich 35 ist erfindungsgemäß in der Hauptebene des Substrats 20 nicht geschlossen, d.h. den zweiten Substratbereich 22 vollständig umschließend vorgesehen, sondern der Verlängerungsbereich 35 ist teilweise offen vorgesehen. Dies kann durch einen Winkelbereich 50 ausgedrückt werden, in dem der Verlängerungsbereich 35 offen vorgesehen ist, d.h. in der Hauptebene des Substrats 20 nicht von dem Gehäuse umgeben ist. Dieser Sachverhalt kann weiterhin dadurch ausgedrückt werden, dass der Verlängerungsbereich 35 des Gehäuses im wesentlichen einfach zusammenhängend vorgesehen ist, d.h. dass das Gehäusematerial sich von einer Seite aus mittels Spritzguss ohne Ausbildung zweier, im Verlauf des Spritzgießens wieder aufeinandertreffender Fließfronten ausbreitet. An einem Ende 35' des Verlängerungsbereichs kann beispielsweise die Entlüftung des Spritzgusswerkzeugs während des Spritzgießens vorgesehen sein. Die 4 weist weiterhin eine Schnittlinie AA auf, wobei die 5 im wesentlichen eine Schnittdarstellung (mit gewissen Abweichungen) entlang der Schnittlinie AA aus der 4 darstellt.

In 5 ist die erwähnte, schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie AA (mit Abweichungen) aus der 4 dargestellt, wobei die erfindungsgemäße Sensoranordnung 10 wiederum das Substrat 20, den ersten Substratbereich 21, den zweiten Substratbereich 22, den aktiven Bereich 23, das weitere Substrat 26, den Verlängerungsbereich 35, das bevorzugt zur Entlüftung vorgesehene Ende 35' des Verlängerungsbereichs 35 und das Leitungsgitter 25 bzw. den Leadframe 25 umfasst.

In 6 ist schematisch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung dargestellt, wobei das Substrat 20 wiederum den ersten Substratbereich 21, den zweiten Substratbereich 22 und den aktiven Bereich 23 umfasst, wobei jedoch im Übergangsbereich zwischen dem ersten Substratbereich 21 und dem zweiten Substratbereich 22, d.h. im Bereich der Öffnung 33, ein Abdichtmaterial 29 vorgesehen ist, welches bei der Herstellung des Gehäuses 30 der Sensoranordnung 10 insofern Verwendung findet, als ein nicht dargestelltes Spritzwerkzeug bzw. Spritzgusswerkzeug einer Vorrichtung zur Umspritzung des ersten Substratbereichs 21 mit dem Gehäusematerial keinen direkten Kontakt bzw. keine direkten Druckkräfte auf das Substrat 20 im Übergangsbereich zwischen dem ersten Substratbereich 21 und dem zweiten Substratbereich 22 ausüben muss, sondern auf das Abdichtmaterial 29 drückt und somit die in diesem Substratbereich vorhandenen Strukturen vor diesen anzuwendenden Druckkräften schützt. Das Material des Gehäuses 30 kann somit in dem zu umspritzenden Bereich (erster Substratbereich 21) mit dem benötigten Druck und der benötigten Temperatur eingefüllt werden, was darüber hinaus nicht zu einer Beeinträchtigung der Geschwindigkeit des Herstellungsprozesses der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 führt. Es ist nämlich eines der Hauptprobleme beim Umspritzen lediglich eines Teilbereichs 21 des Substrats 20, dass das Abdichten des Werkzeugs gegen die Moldmasse bzw. gegen die Vergussmasse des Gehäuses 30 potentielle Probleme birgt. Aufgrund von Toleranzen muss beim Abdichten überpresst werden, da sonst überschüssige Kunststoffmasse (Flash) in den aktiven Bereich 23 des Sensors bzw. des Substrats 20 fließt und dort störende Beläge der Vergussmasse verursacht. Zur Lösung dieses Problems ist es erfindungsgemäß jedoch vorgesehen, dass sich im Bereich des Übergangs zwischen dem ersten und zweiten Substratbereich bzw. im Bereich einer benötigten Dichtung durch das Spritzwerkzeug entweder keine aktiven Strukturen, sondern nur Leiterbahnen befinden oder aber dass eine Abdichtung durch Aufdrücken des Werkzeugs direkt auf das Silizium vermieden wird und die Abdichtung mittels weicher Massen, wie beispielsweise Gele oder Folien realisiert wird. Als weitere erfindungsgemäße Möglichkeit ist weiterhin vorgesehen, sowohl keine aktiven bzw. empfindlichen Strukturen im Bereich einer benötigten Dichtung vorzusehen und zusätzlich eine Abdichtung mittels weicher Massen (Abdichtmaterial 29) vorzusehen. Das Abdichtmaterial 29 kann erfindungsgemäß entweder – wie in 6 dargestellt – in das Gehäuse 30 eingebettet werden (d.h. an der fertiggestellten Sensoranordnung 10 verbleiben) oder aber in einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform, insbesondere des erfindungsgemäßen Verfahrens, lediglich am Spritzwerkzeug vorgesehen sein, so dass das Spritzwerkzeug zur Abdichtung nicht mit einem „harten" Material auf das Substrat 20 drückt, sondern mit einem weichen Material wie einem Film oder einem Gel. Im letztgenannten Fall wird das Abdichtmaterial 29 nicht (bzw. zumindest nicht zu wesentlichen Teilen) in das Gehäuse 30 eingebettet.

Die Seite des Siliziums ist dabei schwieriger abzudichten, da ggf. eine Winkelverdrehung zur Spaltbildung beiträgt. Hierbei ist es günstig, dass die aktive Fläche des Sensors an der Oberseite des Balkens bzw. des im zweiten Substratbereich 22 herausstehenden Substrats 20 angeordnet ist und somit eine geringfügige seitliche Flashbildung (d.h. an den seitlichen Schmalseiten des Substrats 20) für die Funktion des Sensors nicht kritisch ist. Die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 kann selbstverständlich mit der ersten und/oder der zweiten Ausführungsform kombiniert werden.

Erfindungsgemäß ist es sowohl möglich, dass der Sensor von der Auswertelektronik getrennt ist, dass also innerhalb der Sensoranordnung 10, wie in den 2, 3 und 5 abgebildet, ein sogenanntes Zwei-Chipmodul vorgesehen ist oder auch dass der Sensor bzw. das Substrat 20 bereits die Auswerteelektronik umfasst und daher ein weiteres Substrat 26 nicht erforderlich ist, so dass die Sensoranordnung 10 als Ein-Chipmodul realisiert werden kann.

Die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 (1, 2 und 3) ist besonders vorteilhaft, wenn eine möglichst kleine Abmessung der Sensoranordnung gewünscht wird oder das Sensorelement, etwa für Biosensoren oder dgl. in eine Flüssigkeit oder generell in ein Fluid eintauchen soll, die das Moldcompound bzw. die Vergussmasse des Gehäuses 30 nicht berühren sollte. Die Gehäuseform der Sensoranordnung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform (4 und 5), bei der der Verlängerungsbereich 35 des Gehäuses 30 ringsum den zweiten Substratbereich 22 geführt ist und den aktiven Bereich 23 schützt, bietet einen maximalen Schutz gegenüber mechanischen Einflüssen auf das Sensorelement 23 bzw. den aktiven Bereich 23 der Sensoranordnung 10. Erfindungsgemäß berührt der zweite Substratbereich 22 das Gehäuse 30 nur an einer seiner Seiten (bzw. den Verlängerungsbereich 35 überhaupt nicht). Bei dem Gehäuse 30 kann es sich erfindungsgemäß um eine Gehäuseform mit Pins bzw. mit Anschlussbeinchen oder auch um eine moderne „Leadless"-Form handeln.


Anspruch[de]
Sensoranordnung (10) mit einem Substrat (20) und mit einem Gehäuse (30), wobei das Gehäuse (30) das Substrat (20) in einem ersten Substratbereich (21) im wesentlichen vollständig umgibt, wobei das Gehäuse (30) in einem zweiten Substratbereich (22) zumindest teilweise mittels einer Öffnung (33) geöffnet vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Öffnung (33) der zweite Substratbereich (22) aus dem Gehäuse (30) ragend vorgesehen ist, wobei das Gehäuse (30) mittels einer Spritzgussmasse hergestellt und derart geformt vorgesehen ist, dass die Spritzgussmasse lediglich eine Fließfront aufweist. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (20) nur im ersten Substratbereich (21) in das Gehäuse (30) eingebettet vorgesehen ist. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Substratbereich (21) und der zweite Substratbereich (22) monolithisch verbunden vorgesehen sind. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) den zweiten Substratbereich (22) zumindest in einer Hauptebene des Substrats (20) beabstandet zumindest teilweise umgibt. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) den zweiten Substratbereich (22) in einer Hauptebene des Substrats (20) beabstandet umgibt, wobei das Gehäuse (30) in der Hauptebene des Substrats (20) in einem Winkelbereich (50) geöffnet ist. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Substratbereich (22) einen aktiven Bereich zur Sensierung einer oder mehrerer, lediglich mittels eines wenigstens mittelbaren Kontakts zumindest eines Teils der Sensoranordnung mit einem Medium, detektierbarer Größe oder Größen aufweist. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Substratbereich (21) Kontaktmittel zur elektrischen Kontaktierung und/oder Schaltungsmittel aufweist und dass am Übergang zwischen dem ersten Substratbereich (21) und dem zweiten Substratbereich (22) lediglich vergleichsweise unempfindliche Strukturen im Substrat (20) vorgesehen sind. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergang zwischen dem ersten Substratbereich (21) und dem zweiten Substratbereich (22) ein Abdichtmaterial (29), insbesondere ein Gel oder eine Folie, vorgesehen ist. Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) durch Umspritzen des Substrats (20) mittels einer Spritzgussmasse hergestellt wird, wobei das Substrat (20) lediglich in seinem ersten Substratbereich (21) von dem Gehäuse (30) im wesentlichen vollständig umgeben wird und wobei das Gehäuse (30) derart geformt wird, dass die Spritzgussmasse lediglich eine Fließfront aufweist. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umspritzen zur Abdichtung eines Spritzwerkzeugs zwischen dem ersten Substratbereich (21) und dem zweiten Substratbereich (22) ein Teil des Spritzwerkzeugs entweder direkten Kontakt mit dem Substrat (20) hat oder dass beim Umspritzen zur Abdichtung eines Spritzwerkzeugs zwischen dem ersten Substratbereich (21) und dem zweiten Substratbereich (22) ein Teil des Spritzwerkzeugs auf ein Abdichtmaterial (29) drückt.






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