CN1244918A - 半导体传感器装置的壳体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一个半导体－传感器装置的一个壳体,在其中一个传感器和一个计算逻辑被集成在一个半导体块(2)中。壳体有一个壳体基体(1),半导体块被安放在其上,并且一个将半导体块(2)封闭在壳体基体(1)内的盖子(3)。这个盖子(3)是被直接安放在壳体基体(1)上并且包括一个薄膜(5)和/或一个迷宫式密封(9)。

Description

半导体传感器装置的壳体及其制造方法

本发明涉及到一个半导体-传感器装置的一个壳体，其中一个传感器和一个计算逻辑被集成在一个半导体块中并且被安排在一个壳体基体中，此时壳体是用一个薄膜封闭的。此外本发明还涉及到制造一种这样的壳体的方法。

人们已经知道半导体传感器必须在过程-和环境影响下受到保护。但是在这里却要求，一个半导体传感器对于被测量的物质应保持可以接近的。这样例如对于一个半导体-压力传感器装置来说真正的半导体-压力-传感器就必须与被测量的压力是可以耦合的。用另外的话来说，一个变化着的压力必须具有作用到半导体传感器表面上的可能性。例如相应地也适用于温度传感器，湿度传感器等。此时应注意的是，由于保护半导体传感器的壳体被引起一个尽可能小的测量延迟。

在一个已有的半导体-压力传感器装置上在一个板子上的真正的半导体传感器的半导体块被安放在具有一个薄膜的一个内壳体上，它与一个计算逻辑一起被安排在一个上面的壳体内。测量介质，至少是空气以及气体，进入内壳体的入口是通过上壳体的一个硅树脂薄膜进行的。一个这样的结构自然将导致相对大的部件组，因为半导体传感器和计算逻辑被安排在不同的半导体块中。

半导体-传感器装置，在其中真正的半导体传感器和计算逻辑被统一在一个半导体块中，必须被安排在一个一边开口的壳体内。到目前为止一边开口的壳体里的一个这样的半导体块在它接通以后在这个边上例如用硅胶或一种类似的材料覆盖住或浇注上。但是这却显示出，一种这样的覆盖材料对于半导体块不能提供充分的机械保护并且此外在它的表面显示出一定的稠黏性，这对实际应用是有障碍的。半导体块在机械力作用下破碎的危险性以及，沉积在半导体-传感器装置表面上的粒子的影响都是缺点并且还有可能影响到传感器的特性曲线。

在US-A-4,732,042中例如叙述了一个半导体-压力传感器装置，在其中半导体块被封闭在一个硅树脂橡胶里，它在一边有一个薄膜。在这个半导体-传感器装置上半导体块的底边通过壳体上的一个孔是可以自由接近的，这样在这里就存在着一个机械损坏的危险。而且这个半导体-传感器装置没有集成在半导体块上的计算逻辑。

此外在EP-A-0 286 867中叙述了一个半导体-压力传感器装置，在其中一个半导体块被固定在一个印刷电路板上和用一个软塑性的塑料被覆盖住。这个软塑性的塑料被注入具有一个开口的壳体中，这样压力通过软塑性的塑料被传递给半导体块。在这里半导体块的一个损坏也是有可能的，因为软塑性的塑料在强机械作用下并不能始终提供一个可靠的保护。

另外从DE-A-44 36 485中已知，在一个加速度-测试仪中在一个壳体里硅-应变计被放在一个胶体介质中。这种胶体介质相对比较软，这样硅-应变计在机械作用下的一个安全的保护不可能得到保障。

从“Habekotte E.等人在：电子学1/5.1.1990，第80-87页”和”Kayal H.A.，Rauch N.在：电子学9/29.4.1988，第112-117页”中已知的半导体传感器装置，在其中一个传感器和一个计算逻辑被共同集成在一个半导体块中。从而制造成本以及结构部件尺寸被降低。

最后从DE 44 13 274 A1中在一个上开口壳体中的一个压力传感器装置是已知的。壳体是用一个薄膜大面积被覆盖住和封闭住的。这种装置在强机械作用下同样不能提供给压力传感器一个可靠的保护。

因此本发明的任务是，为一种半导体-传感器装置建立一种壳体，在其中传感器和计算逻辑被集成在一个半导体块中，它对于被测量的物质是可以接近的并且即使在比较强的机械作用下在一个损坏面前也能可靠地被保护的：此外还应给出制造一种这样的壳体的一个方法。

对于一个半导体传感器装置的壳体此任务是按照开始叙述的方式在装置方面是由权利要求1以及权利要求8的特征解决的。在方法方面此任务是由权利要求16的特征解决的。具有优越性的改进被各自叙述在从属权利要求中。

在本发明中传感器和计算电子被集成在一个半导体块中。但是这个半导体块不是被安放在一个内部的壳体中而是附加地被安排在一个上面的壳体里。更多的是只使用一个壳体，它的具有薄膜和/或迷宫式密封的盖子是这样构造的，它也可以承受较大的机械负荷。

此外作为薄膜的盖子例如可以是一个金属膜，金属膜将由塑料制成的一个盖子基体上的贯通开口隔断并且只在这些贯通开口处是自由放置的。金属膜在这里不是以它的整个面积自由放置，而更多的是很大的部分是用塑料由外部注入的，这样在一个压力传感器上压力只通过贯通开口被传送到作为薄膜的金属膜上。

也是可能的，在由塑料制成的具有一个开口的盖子基体的边缘上的薄膜被安排在它的底边。这样薄膜在整个平面上受到保护并且只有通过盖子基体的开口才能接近。

薄膜也可以被固定在具有一个开口的盖子基体的边缘内部的一个环形的台阶上。这样就有可能，将薄膜“圆形的”悬挂起来，由于它的优异的固有振动将改善半导体-传感器装置的动作参数特性。

最好开口被安排在盖子基体的中央，以便使薄膜也在它的中央接受被测量介质的负荷。

被安排在盖子基体内面的一个迷宫式密封，也有可能代替薄膜。必要时也可以同时使用一个薄膜和一个迷宫式密封。

迷宫式密封例如可以包括一个螺旋槽，它从一个位于盖子基体边缘的外开口通向一个位于盖子基体中央的内开口并且用一个金属薄膜在盖子基体的内边被覆盖住。在一个这样的构造中半导体块对于机械作用被受到最可靠的保护，因为在外开口和内开口之间没有直接的和直线的入口存在。

在迷宫式密封中有利的是可以，例如以一种液体滴的形式，放入一种密封介质。可以使用一种油滴作为液体滴。当压力改变时这种液体滴无阻力地在蜿曲形状的迷宫式密封中来回流动并且此时迷宫式密封在外开口和内开口之间可靠地密封。

迷宫式密封也可以由一个螺旋式的小径构成，它被置入于盖子基体和一个膜之间并且被通向位于盖子基体边缘的一个外开口和位于薄膜中央的一个内开口之间。一个这样的小径可以用简单的方法通过一个压铸模具制造。

盖子也可以由一种压铸件构成，在铸件上至少这样地安排一个贯通开口，一个直线的贯通到壳体内部被阻止，这样这个贯通开口也构成为一个“迷宫式密封”。

此外也是可能的，将盖子由两个相互咬合的塑料件制成，它们是通过一个弹性介质相互耦合的并且打开一个阻止一个直线贯通到壳体内部的贯通开口，一旦弹性介质受到一个一定的压力负荷时。在这里贯通开口也表示一个“迷宫式密封”，它避免半导体块的一个机械损坏。

按照本发明的半导体-传感器装置是用简单的方法制造的：壳体基体和盖子可以放在分开的传送带上被传送到一个工作站上并且在那里相互连接。同样也可以将盖子基体和例如一个金属薄膜在分开的传送带上被传送并且在一个工作站上为形成一个盖子被相互连接。

以下本发明将借助于附图被进一步叙述。它们表示：

附图1通过按照本发明的一个壳体的一个半导体-传感器装置的一个截面图；

附图2通过按照本发明的一个第一个实施例的一个盖子的一个截面图；

附图3通过按照本发明的一个第二个实施例的一个盖子的一个截面图；

附图4通过按照本发明的一个第三个实施例的一个盖子的一个截面图；

附图5    按照第三个实施例的盖子的一个透视图；

附图6通过按照本发明的一个第四个实施例的一个盖子的一个截面图；

附图7附图6的盖子的一个局部图A；

附图8附图6的盖子由下向上的一个简图；

附图9通过按照本发明的一个第五个实施例的一个壳体的一个截面图；

附图10为了说明按照本发明的壳体制造的一个简图；

附图11通过按照本发明的一个第六个实施例的一个壳体的一个截面图；

附图12按照本发明的一个第七个实施例的一个盖子的俯视图；

附图13和14通过附图12的盖子的截面图；

附图15和16通过按照本发明的一个第八个实施例的一个盖子的截面图，和

附图17按照本发明的第八个实施例的盖子的一个透视图。

在附图1上基本上表示了一个按照本发明的一个半导体-传感器装置的壳体，它是由一个壳体基体1、一个安放在它上面的半导体块2和将半导体块2封闭在壳体基体1内的一个盖子3组成的。半导体块2是通过连接导线连接的，它们在附图1中只用简图表示。壳体的内部必须对于被测量的介质是可以接近的，为此例如盖子3可以包括一个薄膜5，它是在一个贯通开口6的上面自由放置的，这样一个压力传感器通过这个薄膜5压力就可以作用在半导体块2上。

现在附图2表示了按照本发明的一个第一个具体的实施例：在这里盖子3是由一个塑料的盖子基体4，薄膜5的一个金属膜被置入盖子基体，金属膜是被喷射在盖子基体4的塑料上的。在盖子基体4上安排有几个贯通开口6，这样薄膜5的金属膜在这些贯通开口6内是自由放置的并且压力可以被传递到壳体内部。

在附图2上表示的盖子例如将它的边缘7放在壳体基体1的一个边缘8上并且与其粘在一起，然后半导体块2用适当的方法被接触。

附图3表示了按照本发明的一个第二个实施例，其中在盖子基体4的凸缘7上被固定了一个塑料膜5，例如硅树脂或金属。由塑料制成的的盖子基体4在这里在它的中央有一个贯通开口6，这样位于它的中央的薄膜5被承受由外部作用的压力，这样对它的动作参数特性有好的影响。

附图4在按照本发明的一个第三个实施例中表示了与附图3不同的一个实施例：在这里薄膜5是悬挂在盖子基体4下边的一个圆形的突起28上，这样按照附图3的实施例中的方形的或矩形的悬挂可以被改变成一个圆形的悬挂，这对于薄膜5的动作参数特性是有好处的。

附图5表示了附图4上的盖子的透视图，在其中明显地看到薄膜5的圆的形状。为了表示的清楚起见贯通开口6被表示在附图5上，虽然实际上它是被薄膜5遮挡住的。

在附图3至5的实施例中薄膜5被构成为波纹状的，这对于压力传送已经被证实是合适的。

附图6表示了按照本发明的一个第四个实施例，在其中在一个盖子基体4上被制作上了一个螺旋状的迷宫式密封9，它是由一个外开口10通向一个内开口11，如在附图8中用简图表示的。附图7表示了在盖子基体4上的这个迷宫式密封9的一个局部图。

迷宫式密封9例如可以被安排在盖子基体4上，当它在浇注时用一个相应的槽并且随后用一个例如由金属构成的膜12被“封闭”住。在附图6上为了明显起见这个膜12被“加强”表示了。迷宫式密封9在压力传送时作为一个阻尼，因为要经过一定的时间，直到一个作用在外开口10上的压力改变经过迷宫式密封9到达内开口11。

一个液体滴13，例如是油，如在附图8简图中表示的，可以被放入迷宫式密封，以便作为外开口10和内开口11之间的进一步的密封用。

附图9表示了按照本发明的一个第五个实施例的一个壳体，在其中与附图6至8的第四个实施例类似地在盖子基体4上安排有迷宫式密封9和用一个由膜12或由一个薄铜件的一个内覆盖被封闭住。这个内覆盖可以与盖子基体4借助于一种粘附的胶连接在一起。在它的边缘7上盖子基体4与壳体基体1的边缘8粘在一起。外边的电连接14只是简化地表示在附图9上。

在附图9中与附图6至8的实施例不同的是外开口10位于盖子基体4的中央，而内开口11被安排在盖子基体4的边缘上。当然不是一定有必要，将外开口10安排在盖子基体4的中央，虽然这原本被证实是合适的，以便使在半导体块2上作用的压力可以是“居中”的。

附图10用简图表示了，按照本发明的壳体是如何用传送带制造的：在一个第一个传送带15上具有一个迷宫式密封9的一个盖子基体4被传过来并且被一个(没有表示)吸附式检查仪吸住。此时可能是合适的，将外开口10不安排在中央(如图所示)，以便使吸附式检查仪可以可靠地吸住盖子基体4。然后将盖子基体4用一个膜12粘住，它是由一个第二个传送带16被传过来的并且被从一个衬垫17上拉下来。盖子基体4与膜12的连接是用一个括弧带一个箭头18简化表示的。盖子基体4和被固定在上面的膜12随后被借助于一个栓塞式-粘接剂加料器被粘接在一个壳体基体1的外边缘8上，它是由一个第三个传送带19被传送过来的。

按照本发明的壳体用这种方法可以容易地借助于三个传送带被组装在一起。

附图11表示了本发明的一个第六个实施例，其中盖子基体4是由金属-或塑料板制成的，在其上被粘上一个螺旋形的小径20，在它的底面上又安排了一个由金属或塑料构成的膜12。小径20在外开口10和内开口11之间构成一个蜿曲形状的迷宫式密封9。小径20可以最好被制造成一个压铸件。在这个迷宫式密封9中和在上述实施例中一样也可以放入一个液体滴作为密封。

附图12至14表示了一个第七个按照本发明的特别坚固的壳体的盖子3的实施例。这里盖子3是由一个压铸件构成的，它对于一共三个外开口10(见附图12上视图)用三个芯子和对于内开口11用一个芯子可以被制造成，如从附图13和14中可以看清楚的，由外开口10到内开口11没有直线的贯通，这样在这里也相当于有一个迷宫式密封。因而保证了位于盖子3下面的半导体块2的一个可靠的保护。

附图15至17最后表示了按照本发明的一个第八个实施例，在其中在两个盖子一半21和22之间，它们是借助于一个鼻子相互咬合的，被安排了一个“弹性介质”。如果由外部作用到盖子件21上一个压力，则弹性介质23被压缩(见附图16)，因而一个贯通开口24被打开。两个盖子一半21和22是由塑料制成的并且与在附图12至14上的实施例的盖子基体4一样是由压铸制造成的。代替在附图17中表示的一个贯通开口24例如也可以制成三个贯通开口。第八个实施例的盖子使一个半导体-压力传感器装置，只有从一个一定的閾值开始动作，一旦弹性介质23被压缩时。对于这种弹性介质23可以用发泡材料，气柱或者也可以使用橡胶。

按照本发明的壳体当然不仅被限制使用在一种半导体-传感器装置上，在其中一个传感器和一个计算逻辑被集成在一个半导体块中。同样可以以优异的方式被使用在一种半导体-传感器装置上，在其中传感器和计算逻辑具有不同的半导体块和被放入一个单个的共同的壳体中或放入两个单独的壳体中。在第二种情况下则传感器自己具有一个按照本发明的壳体。

                     参考符号表1        壳体基体2        半导体块3        盖子4        盖子基体5        薄膜6        贯通开口7，8     边缘9        迷宫式密封10       外开口11       内开口12       膜13       液体滴14       接线15，16   传送带17       衬垫18       箭头19       传送带20       小径21，22   盖子另件23       弹性介质24       贯通开口28       台阶

Claims (17)

1.一个半导体-传感器装置的壳体，在其中一个传感器和一个计算逻辑被集成在一个半导体块(2)中并且被安排在一个壳体基体(1)中，此时壳体被一个薄膜(5)封闭住，

  其特征为，

  一个盖子(3)是直接放在壳体基体(1)上并且有一个盖子基体(4)具有至少一个贯通开口(6)，薄膜(5)截断贯通开口并且只是自由地放置在这个贯通开口(6)上。

2.按照权利要求1的壳体，

    其特征为，

    薄膜(5)被安放在盖子基体(4)的底边上。

3.按照权利要求1的壳体，

    其特征为，

    在盖子基体(4)的中央有一个贯通开口(6)。

4.按照权利要求1的壳体，

    其特征为，

    薄膜(5)是被置入在一个由塑料制成的盖子基体(4)中的。

5.按照权利要求1或2的壳体，

    其特征为，

    薄膜(5)是被安放在盖子基体(4)的一个升高的边沿(7)上的。

6.按照权利要求1或2的壳体，

      其特征为，

      薄膜(5)是被安放在盖子基体(4)的边缘(7)内的一个环形台阶(28)上的。

7.按照权利要求1至6之一的壳体，

     其特征为，

     薄膜是一个金属膜(5)。

8.一个半导体-传感器装置的壳体，在其中一个传感器和一个计算逻辑被集成在一个半导体块(2)上并且被安排在一个壳体基体(1)中，此时壳体是被压力通过封闭住的，

其特征为，

一个将半导体块(2)封闭在壳体基体(1)里的盖子(3)被直接放在壳体基体(1)上并且一个盖子基体(4)具有至少一个贯通开口(6)，贯通开口(6)有一个迷宫式密封(9)。

9.按照权利要求8的壳体，

     其特征为，

     迷宫式密封(9)是安排在一个盖子基体(4)的内面上的。

10.按照权利要求8的壳体，

     其特征为，

     迷宫式密封包括一个螺旋槽(9)，它从一个位于盖子基体(4)边缘的外开口(10)通到位于盖子基体(4)中央的内开口(11)并且被用一个金属膜(12)覆盖住。

11.按照权利要求8、9或10的壳体，

     其特征为，

     一种密封介质(13)以一种液体滴的形式被放入迷宫式密封(9)中。

12.按照权利要求11的壳体，

   其特征为，

   液体是油。

13.按照权利要求8的壳体，

     其特征为，

     迷宫式密封(9)是由一个螺旋形的小径(20)构成的，它被置入于一个盖子基体(4)和一个膜(12)之间并且通向位于盖子基体(4)边缘的一个外开口(10)和位于膜(12)中央的一个内开口(11)之间。

14.按照权利要求1或8的壳体，

      其特征为，

      由一个压铸件构成的盖子(3)，在其中一个贯通开口(10，11，24)至少应这样安排，一个到壳体的内部的直线贯通被阻止。

15.按照权利要求1或8的壳体，

      其特征为，

      由两个相互咬合的塑料件(21，22)组成的盖子(3)，它们是通过一个弹性介质(23)相互耦合的，并且当弹性介质(23)受到一个一定的压力负荷时，打开阻止一个直线贯通到壳体内部的一个贯通开口(24)。

16.按照权利要求1至15之一的壳体的制造方法，

其特征为，

壳体基体(1)和盖子(3)在分开的传送带(15，16，19)上被传送到一个工作站并且在那里被相互连接在一起。

17.按照权利要求16的方法制造按照权利要求10的壳体，

其特征为，

盖子基体(4)和金属膜(12)在分开的传送带(15，16)上被传送到工作站并且在那里被相互连接在一起。

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