DE102022200186A1

DE102022200186A1 - Method for producing an outer packaging for a semiconductor component and a semiconductor component produced in this way

Info

Publication number: DE102022200186A1
Application number: DE102022200186.9A
Authority: DE
Inventors: Robert Werner; Burcu Kaya; Jan Stiedl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-01-11
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2023-07-13

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterbauelement sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren beansprucht, bei dem ein Verpackungsmaterial ein Drucksensorelement umgibt. Das Verpackungsmaterial dieser Umverpackung wird dabei in einem einzelnen Schritt auf wenigstens einem Teil des Drucksensorelement und auf einem darunter befindliches Trägerelement aufgebracht. Der Kern der Erfindung besteht dabei darin, dass das Verpackungsmaterial mehrere Funktionen für die Nutzung des Halbleiterbauelements übernimmt. So dient es neben der Weiterleitung eines Drucks aus der Umgebung auf das Drucksensorelement zusätzlich als Dichtung des Drucksensorelements gegen die Umgebung zum Beispiel in einem Gehäuse. Zusätzlich weist das Verpackungsmaterial eine Resistenz gegen das Eindringen von schädigenden Stoffen auf das Drucksensorelement auf. Darüber hinaus stellt die Umverpackung aus dem Verpackungsmaterial einen Ersatz für die Moldverpackung dar. Indem die Umverpackung ebenfalls für Weiterverarbeitungsprozess ausreichend mechanisch stabil ist, ist eine Vereinzelung und/oder eine pick-and-place Fertigung ohne Beeinträchtigung der Funktionalität des Halbleiterbauelement vergleichbar mit der Nutzung einer Moldverpackung möglich.The present invention claims a semiconductor component and a corresponding manufacturing method, in which a packaging material surrounds a pressure sensor element. The packaging material of this outer packaging is applied in a single step to at least part of the pressure sensor element and to a carrier element located underneath. The core of the invention consists in the fact that the packaging material takes on several functions for the use of the semiconductor component. In addition to passing on pressure from the environment to the pressure sensor element, it also serves as a seal for the pressure sensor element against the environment, for example in a housing. In addition, the packaging material is resistant to the ingress of harmful substances onto the pressure sensor element. In addition, the outer packaging made of the packaging material represents a replacement for the mold packaging. Because the outer packaging is also sufficiently mechanically stable for further processing, isolation and/or pick-and-place production without impairing the functionality of the semiconductor component is comparable to using a Mold packaging possible.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Umverpackung eines Halbleiterbauelements sowie ein mit diesem Verfahren hergestelltes Halbleiterbauelement.The invention relates to a method for producing an outer package for a semiconductor component and to a semiconductor component produced using this method.

Stand der TechnikState of the art

Zur Herstellung von mikromechanischen Sensormodulen werden die entsprechenden Sensorelemente, wie beispielsweise Drucksensorelemente, auf Trägerelemente aufgebracht und mit einem Moldmaterial vergossen. Durch das so erzeugte Moldpackage erhält das Sensormodul für die weitere Verarbeitung eine Formstabilität gegen mechanische Beschädigung, zum Beispiel beim Aufbringen und Platzieren auf Leiterplatten. Zusätzlich kann der innere Aufbau des Sensormoduls eine Passivierung enthalten, die das Sensorelement und/oder die elektrischen Verbindungen gegen äußere mechanische und/oder chemische Einflüsse schützt. Bei der Verwendung einer Passivierung im Rahmen eines Drucksensors ist dabei darauf zu achten, dass das Passivierungsmaterial dazu geeignet ist, einen anliegenden Druck an das Drucksensorelement weiterzuleiten. Wird das Sensormodul in ein übergeordnetes Gehäuse eingefügt, kann zusätzlich ein Befestigungs- und/oder Dichtungsmaterial vorgesehen sein, welches das Sensormodul im Gehäuse fixiert und gegenüber ungewolltem Eindringen von Medien oder Störelementen schützt.To produce micromechanical sensor modules, the corresponding sensor elements, such as pressure sensor elements, are applied to carrier elements and encapsulated with a molding material. The mold package created in this way gives the sensor module dimensional stability against mechanical damage for further processing, for example when it is applied and placed on printed circuit boards. In addition, the internal structure of the sensor module can contain a passivation that protects the sensor element and/or the electrical connections against external mechanical and/or chemical influences. When using a passivation in the context of a pressure sensor, care must be taken to ensure that the passivation material is suitable for transmitting an applied pressure to the pressure sensor element. If the sensor module is inserted into a higher-level housing, a fastening and/or sealing material can also be provided, which fixes the sensor module in the housing and protects it against unwanted ingress of media or interfering elements.

Anhand der 1a und b sind zwei bekannte Aufbauten von mikromechanischen Sensorelementen in Form von Drucksensormodulen dargestellt. Im Beispiel der 1a ist ein Steuerungs- und/oder Auswerteelement 100 auf einem Trägerelement 140 aufgebracht. Oberhalb des Auswerteelements 100 ist ein Drucksensorelement 110 zur Erfassung eines Drucks angebracht. Dabei kann das Drucksensorelement 110 optional auch seitlich neben dem Auswerteelement 100 auf dem Trägerelement aufgebracht sein (siehe Bezugszeichen 115). Das Auswerteelement 100 sowie das Drucksensorelement 100 sind durch das Moldmaterial als Moldpackage oder Moldverpackung 120 fixiert. Optional kann auch, wie in der 1a dargestellt, das Moldpackage 120 eine Ausnehmung aufweisen, in der das Drucksensorelement 110 angeordnet ist. Zur Passivierung ist in diesem Fall ein Passivierungsmaterial 130 in der Ausnehmung vorgesehen, welches das Drucksensorelement 110 und/oder entsprechende elektrische Leitungen und Kontaktierungen gegenüber schädlichen äußeren Einflüssen schützt. Um zu verhindern, dass größere Partikel in das Sensormodul geraten, kann ein Deckel 150 mit einer Öffnung 155 vorgesehen sein, durch die der Druck des Mediums der Umgebung auf das Passivierungsmaterial 130 beziehungsweise das Drucksensorelement 130 geleitet werden kann. Das so erzeugte Drucksensormodul kann optional in einem Gehäuse für die weitere Verwendung eingebracht werden. Hierzu kann das Drucksensormodul mit entsprechenden Kontaktierungen 190 auf ein Gehäuseboden 180 aufgebracht werden. Zur Abdeckung kann ein Gehäusedeckel 175 vorgesehen sein, welcher eine weitere Öffnung 175 zur Einleitung des druckführenden Mediums aufweist. Um das Drucksensormodul zu fixieren beziehungsweise den Druckkanal und/oder das Innere des Gehäuses gegenüber der Medienzuführung durch die Öffnungen 175 und 155 abzudichten, ist in dem Beispiel der 1a eine Dichtung 160 vorgesehen, die den so gebildeten Medienkanal gegenüber dem Inneren abdichtet.Based on 1a and b show two known structures of micromechanical sensor elements in the form of pressure sensor modules. In the example of 1a a control and/or evaluation element 100 is applied to a carrier element 140 . A pressure sensor element 110 for detecting a pressure is attached above the evaluation element 100 . In this case, the pressure sensor element 110 can optionally also be applied laterally next to the evaluation element 100 on the carrier element (see reference number 115). The evaluation element 100 and the pressure sensor element 100 are fixed by the molding material as a molded package or molded packaging 120 . Optionally, as in the 1a shown, the mold package 120 have a recess in which the pressure sensor element 110 is arranged. In this case, a passivation material 130 is provided in the recess for passivation, which material protects pressure sensor element 110 and/or corresponding electrical lines and contacts from harmful external influences. In order to prevent larger particles from getting into the sensor module, a cover 150 can be provided with an opening 155 through which the pressure of the medium in the environment can be directed onto the passivation material 130 or the pressure sensor element 130 . The pressure sensor module produced in this way can optionally be placed in a housing for further use. For this purpose, the pressure sensor module can be applied to a housing base 180 with corresponding contacts 190 . A housing cover 175 can be provided for the cover, which has a further opening 175 for introducing the pressurized medium. In order to fix the pressure sensor module or to seal the pressure channel and/or the interior of the housing from the media supply through the openings 175 and 155, in the example 1a a seal 160 is provided which seals the media channel thus formed from the inside.

Ein gängiger alternativer Aufbau eines Drucksensors ist in der 1b dargestellt. Dabei wird der Gehäusedeckel 170 nicht direkt auf das Drucksensormodul aufgebracht sondern das Drucksensormodul im Inneren des Gehäuses angeordnet und kontaktiert. Zur Abdichtung des Gehäuseinneren dient dabei eine Befestigung oder Dichtung 165, die den Gehäuseboden 180 mit dem Gehäusedeckel 170 verbindet.A common alternative structure of a pressure sensor is in the 1b shown. In this case, the housing cover 170 is not applied directly to the pressure sensor module, but is arranged and contacted with the pressure sensor module inside the housing. A fastening or seal 165 which connects the housing bottom 180 to the housing cover 170 serves to seal the interior of the housing.

Zur Herstellung derartiger Aufbauten von Sensoren sind mehrere Verfahrensschritte notwendig, da das Moldmaterial, die Passivierung sowie die Dichtung separat prozessiert werden müssen, gegebenenfalls mit einer eigenen Aushärtezeit. Mit der vorliegenden Erfindung soll dagegen ein vereinfachter Aufbau beschrieben werden.Several process steps are necessary to produce such sensor structures, since the molding material, the passivation and the seal must be processed separately, possibly with their own curing time. With the present invention, however, a simplified structure is to be described.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterbauelement sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren beansprucht, bei dem ein Verpackungsmaterial ein Drucksensorelement umgibt. Das Verpackungsmaterial dieser Umverpackung wird dabei in einem einzelnen Schritt auf wenigstens einem Teil des Drucksensorelement und auf einem darunter befindliches Trägerelement aufgebracht. Der Kern der Erfindung besteht dabei darin, dass das Verpackungsmaterial mehrere Funktionen für die Nutzung des Halbleiterbauelements übernimmt. So dient es neben der Weiterleitung eines Drucks aus der Umgebung auf das Drucksensorelement zusätzlich als Dichtung des Drucksensorelements gegen die Umgebung zum Beispiel in einem Gehäuse. Zusätzlich weist das Verpackungsmaterial eine Resistenz gegen das Eindringen von schädigenden Stoffen auf das Drucksensorelement auf. Darüber hinaus stellt die Umverpackung aus dem Verpackungsmaterial einen Ersatz für die Moldverpackung dar. Indem die Umverpackung ebenfalls für Weiterverarbeitungsprozess ausreichend mechanisch stabil ist, ist eine Vereinzelung und/oder eine pick-and-place Fertigung ohne Beeinträchtigung der Funktionalität des Halbleiterbauelement vergleichbar mit der Nutzung einer Moldverpackung möglich.The present invention claims a semiconductor component and a corresponding manufacturing method, in which a packaging material surrounds a pressure sensor element. The packaging material of this outer packaging is applied in a single step to at least part of the pressure sensor element and to a carrier element located underneath. The core of the invention consists in the fact that the packaging material takes on several functions for the use of the semiconductor component. In addition to transmitting pressure from the environment to the pressure sensor element, it also serves as a seal for the pressure sensor element against the environment, for example in a housing. In addition, the packaging material is resistant to the ingress of harmful substances onto the pressure sensor element. In addition, the outer packaging made of the packaging material represents a replacement for the mold packaging. Because the outer packaging is also sufficiently mechanically stable for further processing, isolation and/or pick-and-place production is possible without impairing the Functionality of the semiconductor component comparable to the use of a mold packaging possible.

Bei der Herstellung der Umverpackung des Drucksensorelements ist vorgesehen, dass das Verpackungsmaterial zunächst in einem fließfähigen, zum Beispiel flüssigen oder zumindest zähflüssigen Zustand auf wenigstens einen Teil des Drucksensorelement und des Trägerelements aufgebracht wird. Hierbei kann beispielsweise auch ein Rahmen verwendet werden, der um das Halbleitermaterial angebracht ist. Zur Ausbildung der Umverpackung beziehungsweise zur Fixierung des Verpackungsmaterials kann in einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass ein Aushärteprozess erfolgt. Dieser Aushärteprozess kann mittels einer Temperaturerhöhung beziehungsweise einem Wärmeeintrag in das Verpackungsmaterial durchgeführt werden. Alternativ kann auch ein natürlicher Aushärteprozess bei Zimmertemperatur über eine vorgegebene Zeit erfolgen. Anschließend kann optionalerweise ein verwendeter Rahmen entfernt werden.When producing the outer packaging of the pressure sensor element, it is provided that the packaging material is first applied to at least part of the pressure sensor element and the carrier element in a free-flowing, for example liquid or at least viscous state. In this case, for example, a frame can also be used, which is fitted around the semiconductor material. In order to form the outer packaging or to fix the packaging material in place, a further development can provide for a curing process to take place. This curing process can be carried out by increasing the temperature or introducing heat into the packaging material. Alternatively, a natural hardening process can also take place at room temperature over a specified period of time. A used frame can then optionally be removed.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass neben dem Drucksensorelement ein weiteres insbesondere mikromechanisches Bauelement direkt oder indirekt auf dem Trägerelement aufgebracht ist. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Auswerte- und/oder Steuereinheit, insbesondere ein ASIC, und/oder ein weiteres Sensorelement handeln. Wie auch das Drucksensorelement kann das weitere Bauelement direkt auf dem Trägerelement aufgebracht und gegebenenfalls elektrisch kontaktiert sein. Es kann jedoch ebenfalls vorgesehen sein, dass das Drucksensorelement auf dem weiteren Bauelement aufgebracht und mit diesem elektrisch kontaktiert ist, wobei nur das weitere Bauelement auf dem Trägerelement angeordnet ist. Zur Ausbildung der Umverpackung ist dabei vorgesehen, auch wenigstens einen Teil des weiteren Bauelements mit dem Verpackungsmaterial zu bedecken, um es so gegenüber der Umgebung vor mechanischer Beschädigung und/oder chemischer Beeinträchtigung zu schützen.In a further embodiment of the invention, it is provided that, in addition to the pressure sensor element, another component, in particular a micromechanical component, is applied directly or indirectly to the carrier element. This can be, for example, an evaluation and/or control unit, in particular an ASIC, and/or another sensor element. Like the pressure sensor element, the further component can be applied directly to the carrier element and optionally electrically contacted. However, it can also be provided that the pressure sensor element is applied to the further component and electrically contacted with it, with only the further component being arranged on the carrier element. In order to form the outer packaging, it is provided that at least part of the additional component is also covered with the packaging material in order to protect it from mechanical damage and/or chemical damage from the environment.

Bei der Bedeckung des Sensorelements, des Trägerelements und/oder der weiteren Bauelemente ist darauf zu achten, dass wenigstens die Teile ausreichend abgedeckt werden, bei denen eine mechanische und/oder chemische Beeinträchtigung durch externe Effekte oder mechanische Angriffe entstehen können. So sind zugängliche Leiterbahnen und Kontaktierungen ebenso abzudecken wie die empfindlichen sensierenden Bereiche, zum Beispiel Membranen. Weiterhin kann darauf geachtet werden, dass die Umverpackung derart gestaltet wird, dass sie durch mechanische Greifer im Fertigungsprozess gepackt werden können, ohne dass der Aufbau oder die Funktionalität des Halbleiterbauelements in Mitleidenschaft gezogen wird.When covering the sensor element, the carrier element and/or the other components, care must be taken to ensure that at least those parts are adequately covered where mechanical and/or chemical damage can occur as a result of external effects or mechanical attacks. Accessible conductor tracks and contacts must be covered, as must sensitive areas such as membranes. Furthermore, care can be taken to ensure that the outer packaging is designed in such a way that it can be packed by mechanical grippers in the production process without the structure or the functionality of the semiconductor component being adversely affected.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Halbleiterbauelement einen Deckel mit einer Öffnung aufweist, durch die der Druck auf das Verpackungsmaterial und durch dieses auf das Drucksensorelement geführt werden kann. Dabei ist der Deckel auf dem Verpackungsmaterial angeordnet und dient zur teilweisen Abdeckung des Halbleiterbauelements. Im Herstellungsverfahren kann der Deckel noch vor dem Aushärten des Verpackungsmaterials aufgebracht werden, so dass während des Aushärtens eine stärkere Verbindung zwischen Verpackungsmaterial und Deckel entsteht. Es ist jedoch auch möglich, den Deckel erst nach dem Aushärten aufzubringen, wobei hierbei optional ein entsprechendes Verbindungsmittels zur Befestigung vorgesehen sein kann. Unterhalb der Öffnung kann in dem Verpackungsmaterial ein Druckzugang in Form einer Kaverne oder eines Ausnehmung vorgesehen sein, durch die das druckführende Medium näher an das Drucksensorelement gebracht werden kann.In a particular embodiment of the invention, it is provided that the semiconductor component has a cover with an opening through which the pressure can be applied to the packaging material and through this to the pressure sensor element. In this case, the cover is arranged on the packaging material and serves to partially cover the semiconductor component. In the manufacturing process, the lid can be applied before the packaging material has hardened, so that a stronger bond is created between the packaging material and the lid during hardening. However, it is also possible to apply the cover only after curing, in which case an appropriate connecting means can optionally be provided for attachment. A pressure access in the form of a cavity or a recess can be provided in the packaging material below the opening, through which the pressure-carrying medium can be brought closer to the pressure sensor element.

In einer alternativen Herstellung kann der Deckel mit der Öffnung auch schon vor dem Einbringen des Verpackungsmaterials oberhalb des Drucksensorelements beziehungsweise des Trägerelements angeordnet werden. Anschließend wird durch die Öffnung auf das Drucksensorelement und das Trägerelement beziehungsweise auf das weitere Bauelement das Verpackungsmaterial aufgebracht. Hierbei kann ebenfalls ein Rahmen verwendet werden, um die seitliche Ausbreitung des Verpackungsmaterials zu begrenzen. Der Deckel dient in dieser Ausführung als obere Begrenzung der Umverpackung. Beim Einfüllen des Verpackungsmaterials kann zusätzlich ein Druckzugang unterhalb der Öffnung erzeugt werden, zum Beispiel mit Hilfe eines Stempels oder durch die Verwendung eines entsprechenden Einfüllstutzens, der diesen Druckzugang vom Verpackungsmaterial ausspart.In an alternative production, the cover with the opening can also be arranged above the pressure sensor element or the carrier element before the packaging material is introduced. The packaging material is then applied through the opening to the pressure sensor element and the carrier element or to the further component. A frame can also be used to limit the lateral spread of the packaging material. In this version, the lid serves as the upper limit of the outer packaging. When filling in the packaging material, a pressure access can also be created below the opening, for example with the help of a stamp or by using a corresponding filler neck, which leaves this pressure access free of the packaging material.

Das Verpackungsmaterial kann ganz oder teilweise aus Silikon oder einer Silikonverbindung bestehen.The packaging material can be made entirely or partially of silicone or a silicone compound.

Zur Erreichung sowohl einer Druckweiterleitung als auch einer mechanischen Formstabilität der Umverpackung ist vorgesehen, dass das Verpackungsmaterial inkompressibel ist.In order to achieve both pressure transmission and mechanical dimensional stability of the outer packaging, it is provided that the packaging material is incompressible.

Bei einem besonderen Herstellungsprozess wird eine Vielzahl von Halbleiterbauelemente gleichzeitig hergestellt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Drucksensorelemente beziehungsweise die weiteren Bauelemente auf einem großflächigen Trägerelement, zum Beispiel einem Wafer, nebeneinander angeordnet werden. Anschließend kann auf die gesamte Oberfläche flächig das Verpackungsmaterial aufgebracht werden. Alternativ kann auch ein Deckel mit mehreren den Drucksensorelementen zugeordneten Öffnungen angeordnet werden, durch die das Verpackungsmaterial auf die Drucksensorelemente und das Trägerelement aufgebracht wird. Abschließend werden die einzelnen Halbleiterbauelemente vereinzelt, zum Beispiel mittels eines Säge-, Laser- oder Wassertrennverfahrens. Dabei ist wesentlich, dass das verwendete Verpackungsmaterial für die Umverpackung splitterfrei zersägt, geschnitten oder zertrennt wird.In a special manufacturing process, a large number of semiconductor components are manufactured simultaneously. This can be achieved by arranging the pressure sensor elements or the additional components next to one another on a large-area carrier element, for example a wafer. The packaging material can then be applied to the entire surface. Alternatively, a cover with several pressure sensors relements associated openings are arranged through which the packaging material is applied to the pressure sensor elements and the carrier element. Finally, the individual semiconductor components are separated, for example using a sawing, laser or water separation process. It is essential that the packaging material used for the outer packaging is sawn, cut or separated without splintering.

Auch wenn die vorstehende Erfindung anhand eines Drucksensorelements beschrieben wird, kann die Umverpackung bei verschiedensten anderen Anwendungen mit Sensorelementen wie der inertialsensorbasierten Navigation, Orientierung, Stabilisierung von Objekten verwendet werden. Dabei wird statt einem Drucksensorelement ein Drehraten- oder Beschleunigungssensor mit dem Verpackungsmaterial verpackt. Über eine Recheneinheit oder eine Steuereinheit, die dem Sensorelement zugeordnet ist, können der Betrieb des Sensorelements wie beispielsweise des Inertialsensors gesteuert werden (zum Beispiel Stromsparmodus, Messbereiche), Sensorsignale plausibilisiert und zum Beispiel auf Toleranzen geprüft werden (zum Beispiel für sensorinterne Überwachungen), eine Signalaufbereitung erfolgen (zum Beispiel Berechnung der Lage oder Orientierung, Filtern der Daten) und/oder Kommunikationsprotokolle ausgewählt werden. Verschiedenste auch selbstlernende auf Künstlicher Intelligenz basierte Algorithmen können in der Recheneinheit für die Auswertung und Signalaufbereitung der Daten der Sensorelement wie Inertialsensoren, der Temperatursensoren sowie auch externer Daten (z.B. GPS Daten, Odometer-Daten) zum Einsatz kommen.Even if the above invention is described using a pressure sensor element, the outer packaging can be used in a wide variety of other applications with sensor elements such as inertial sensor-based navigation, orientation, stabilization of objects. In this case, instead of a pressure sensor element, a yaw rate or acceleration sensor is packed with the packaging material. A computing unit or a control unit assigned to the sensor element can be used to control the operation of the sensor element, such as the inertial sensor (e.g. power-saving mode, measuring ranges), check sensor signals for plausibility and check them for tolerances, for example (e.g. for sensor-internal monitoring), a Signal processing takes place (e.g. calculation of the position or orientation, filtering of the data) and/or communication protocols are selected. A wide variety of self-learning algorithms based on artificial intelligence can be used in the computing unit for the evaluation and signal processing of the data from the sensor elements such as inertial sensors, temperature sensors and external data (e.g. GPS data, odometer data).

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.Further advantages result from the following description of exemplary embodiments and from the dependent patent claims.

Figurenlistecharacter list

Die 1a und b zeigen einen Aufbau eines Halbleiterbauelements wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. In den 2 bis 4 sind verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt. Das Flussdiagramm der 5 zeigt die Schritt eines möglichen Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.The 1a and b show a structure of a semiconductor component as is known from the prior art. In the 2 until 4 various embodiments of the invention are shown. The flowchart of 5 shows the steps of a possible manufacturing method of the semiconductor component according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Bei den eingangs beschriebenen Aufbauten eines Halbleiterbauelements gemäß der 1a und b sind verschiedene Herstellungsschritt notwendig, um die einzelnen Komponenten des Halbleiterbauelements anzuordnen oder miteinander zu verbinden. Demgegenüber wird gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Herstellungsschritt ein Verpackungsmaterial verwendet, welches mehrere der Funktionen der Einzelkomponenten in den bisher bekannten Halbleiterbauelementen übernimmt.In the structures of a semiconductor device described above according to 1a and b, various manufacturing steps are necessary in order to arrange or connect the individual components of the semiconductor device to one another. In contrast, according to the present invention, a packaging material is used in a production step, which takes over several of the functions of the individual components in the previously known semiconductor components.

Anhand der 2 bis 4 sind verschiedene Aufbauten von Halbleiterbauelementen mit der erfindungsgemäßen Umverpackung dargestellt. In der 2 wird ein Halbleiterbauelement dargestellt, bei dem ein Drucksensorelement 210 mittels einer Verbindungsschicht auf einem darunter befindlichen Auswerteelement 200, zum Beispiel ein ASIC, aufgebracht ist. Die Verbindungsschicht kann dabei sowohl die mechanische Verbindung als auch eine elektrische Kontaktierung zu dem Auswerteelement 200 herstellen. Auf dem Auswerteelement 200 kann ein weiteres Bauelement 215, zum Beispiel ein weiteres Sensorelement aufgebracht sein. Das Auswerteelement 200 ist in diesem Beispiel auf einem Trägerelement 240 aufgebracht. Ein derartiger Aufbau erlaubt gegenüber einer ebenfalls nebeneinander angeordneten Aufbauweise einen kleineren Flächenbedarf. Um das Drucksensorelement 210, das weitere Bauelement 215 sowie das Auswerteelement 200 ist in diesem Beispiel eine Umverpackung aus einem Verpackungsmaterial 220 aufgebracht, das die Elemente sowie die darauf befindlichen elektrischen Leitungen und Kontakte gegenüber der Umgebung abschirmt oder schützt. Diese Abschirmung verhindert neben einem direkten Kontakt von eintretenden Partikel auch das Eintreten von chemisch schädigenden Stoffen, die die elektrischen Leitungen und/oder Kontakte korrodieren lassen würden. Das Verpackungsmaterial 220 ist weiterhin derart ausgestaltet, dass es formstabil gegenüber mechanischer Einwirkung ist und somit als Ersatz für eine Moldverpackung dient. Zusätzlich weist das Verpackungsmaterial eine Inkompressibilität auf, die es ermöglicht, einen an die Umverpackung anliegenden Druck an das Drucksensorelement 210 zur Erfassung entsprechender Sensorgrößen weiterzuleiten. Bei der Herstellung der Umverpackung ist vorgesehen, das Verpackungsmaterial 220 in flüssigem oder zumindest in zähflüssigem Zustand auf die entsprechenden Elemente beziehungsweise das Trägerelement aufzubringen. Dadurch wird ermöglicht, dass sich das Verpackungsmaterial 220 flächig und insbesondere in kleinen Spalten verteilt, wodurch sich zusätzlich ein Dichtungseffekt ergibt. Dieser Dichtungseffekt ergibt sich insbesondere bei der Verwendung eines Deckels 270, eines Rahmens und/oder eines Gehäuses um das Trägerelement 200 beziehungsweise das Drucksensorelement 210 und/oder des weiteren Bauelements 215.Based on 2 until 4 different structures of semiconductor components are shown with the outer packaging according to the invention. In the 2 a semiconductor component is shown, in which a pressure sensor element 210 is applied by means of a connecting layer to an evaluation element 200 located underneath, for example an ASIC. In this case, the connection layer can establish both the mechanical connection and an electrical contact to the evaluation element 200 . A further component 215, for example a further sensor element, can be applied to the evaluation element 200. In this example, the evaluation element 200 is applied to a carrier element 240 . A structure of this type permits a smaller area requirement compared to a structure which is also arranged next to one another. In this example, outer packaging made of packaging material 220 is applied around pressure sensor element 210, further component 215 and evaluation element 200, which shields or protects the elements and the electrical lines and contacts located thereon from the environment. In addition to direct contact between incoming particles, this shielding also prevents the entry of chemically damaging substances that would corrode the electrical lines and/or contacts. The packaging material 220 is also designed in such a way that it is dimensionally stable with respect to mechanical action and thus serves as a substitute for a molded packaging. In addition, the packaging material is incompressible, which makes it possible to transmit a pressure applied to the outer packaging to the pressure sensor element 210 for detecting corresponding sensor variables. When producing the outer packaging, it is provided that the packaging material 220 is applied to the corresponding elements or the carrier element in a liquid or at least in a viscous state. This makes it possible for the packaging material 220 to be distributed over a large area and in particular in small gaps, which also results in a sealing effect. This sealing effect results in particular when using a cover 270, a frame and/or a housing around carrier element 200 or pressure sensor element 210 and/or further component 215.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Drucksensorelement 210 beziehungsweise die weiteren Bauelemente 200 und 215 zunächst auf dem Trägerelement 240 direkt oder indirekt angeordnet sein. Anschließend wird ein Deckel 270 mit einer Öffnung 275 vorzugsweise oberhalb des Drucksensorelements 210 angeordnet. Die Herstellung der Umverpackung kann dabei durch das Einfüllen des Verpackungsmaterials 220 in die Öffnung 275 erfolgen. Hierbei kann ebenfalls ein Rahmen zur seitlichen Begrenzung der Umverpackung verwendet werden. Alternativ kann in einem nachfolgenden Prozessschritt das Halbleiterbauelement aus einem größeren Gebilde herausgesägt, herausgetrennt oder geschnitten werden. Eine derartige Vereinzelung erfolgt dabei üblicherweise bei der Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen auf einem Trägersubstrat, wie einem Wafer.In a further exemplary embodiment, the pressure sensor element 210 or the further components 200 and 215 can initially be arranged directly or indirectly on the carrier element 240 . A cover 270 with an opening 275 is then preferably placed above the print sensor elements 210 arranged. The outer packaging can be produced by filling the packaging material 220 into the opening 275 . A frame can also be used to laterally limit the outer packaging. Alternatively, in a subsequent process step, the semiconductor component can be sawed out, separated out or cut out of a larger structure. Such a singulation usually takes place during the production of a multiplicity of semiconductor components on a carrier substrate, such as a wafer.

Nach der Herstellung der Umverpackung kann das Halbleiterbauelement auf eine Leiterplatte 280 aufgebracht oder in ein größeres Gehäuse eingebracht werden.After the outer packaging has been produced, the semiconductor component can be applied to a printed circuit board 280 or introduced into a larger housing.

Das Ausführungsbeispiel der 3 zeigt eine weitere mögliche Nutzung des Verpackungsmaterials für die Erzeugung einer Umverpackung. Dabei wird der Aufbau bestehend aus einem Drucksensorelement 210, einer Auswerteeinheit 200 sowie einem weiteren Bauelement 215 ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel der 2 auf ein Trägerelement 240 aufgebracht. Dieser Aufbau wird anschließend in ein Gehäuse eingebracht, welches aus einem Gehäuseboden 245, Gehäusewänden 225 sowie einem Deckel 270 mit einer Öffnung 275 besteht. Anschließend kann das Verpackungsmaterial 230 derart in das Innere des Gehäuses eingebracht werden, dass sich ein Film über den Aufbau ergibt, der alle Elemente bedeckt und gegenüber der Umgebung abdichtet. Das so erzeugte Gehäuse kann anschließend mittels Kontaktierungselementen 290 auf eine Leiterplatte 280 aufgebracht werden.The embodiment of 3 shows another possible use of the packaging material for the production of an outer packaging. The structure consisting of a pressure sensor element 210, an evaluation unit 200 and a further component 215 is the same as in the exemplary embodiment of FIG 2 applied to a carrier element 240. This structure is then introduced into a housing which consists of a housing base 245, housing walls 225 and a cover 270 with an opening 275. The packaging material 230 can then be placed inside the housing such that a film is formed over the assembly, covering all elements and sealing from the environment. The housing produced in this way can then be applied to a printed circuit board 280 by means of contacting elements 290 .

Optional können im Ausführungsbeispiel der 3 die Gehäusewände 225 ebenfalls aus dem gleichen Verpackungsmaterial bestehen wie der erzeugte Film.Optionally, in the embodiment 3 the housing walls 225 are also made of the same packaging material as the film produced.

Das Ausführungsbeispiel der 4 zeigt zusätzlich die Möglichkeit, in dem Verpackungsmaterial 220 unterhalb der Öffnung 275 im Deckel 270 eine Ausnehmung 150 vorzusehen. Durch diese Ausnehmung 150 wird ein Druckkanal definiert, durch den der Druck des umgebenden Mediums näher an das Drucksensorelement 210 herangeführt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Druck über eine kleinere Distanz innerhalb des Verpackungsmaterials 220 weitergeleitet werden muss.The embodiment of 4 additionally shows the possibility of providing a recess 150 in the packaging material 220 below the opening 275 in the lid 270 . A pressure channel is defined by this recess 150 , through which the pressure of the surrounding medium can be brought closer to the pressure sensor element 210 . This has the advantage that the pressure has to be transmitted over a smaller distance within the packaging material 220 .

Ein mögliches Verfahren zur Herstellung der Umverpackung gemäß der vorliegenden Erfindung wird anhand des Flussdiagramms der 5 beschrieben. In einem ersten Schritt 300 werden die einzelnen Bauelemente oder Komponenten entsprechend der 2 bis 4 angeordnet. Anschließend wird das Verpackungsmaterial in einem Schritt 310 auf wenigstens einen Teil der Bauelemente oder Komponenten aufgebracht. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Verpackungsmaterial ein Mindestmaß an Fließfertigkeit aufweist. Beim Aufbringen oder Einbringen des Verpackungsmaterials ist es wesentlich, dass zumindest alle Bereiche des Drucksensorelements, des Trägerelements beziehungsweise der weiteren Bauelemente bedeckt sind, bei denen ein Eintrag von Partikeln oder chemischen Stoffen von außen eine Beeinträchtigung der Funktionalität nach sich ziehen würde. Weiterhin ist darauf zu achten, dass beim Aufbringen oder Einbringen des Verpackungsmaterials die internen Übergänge zwischen den Elementen als auch zu zusätzlichen umgebenden Bauteilen wie Gehäuseböden, Gehäusewänden, Rahmenteile und/oder Deckel ausgefüllt sind, um eine Dichtung des Halbleiterbauelements gegenüber der Umgebung zu erreichen. In einem weiteren Schritt 320 kann das Verpackungsmaterial ausgehärtet werden. Dies kann beispielsweise durch eine zusätzliche Wärmebehandlung oder durch ein zeitliches Aushärten bei Raumtemperatur erfolgen.A possible method for producing the outer packaging according to the present invention is based on the flow chart 5 described. In a first step 300, the individual devices or components according to the 2 until 4 arranged. Subsequently, in a step 310, the packaging material is applied to at least some of the structural elements or components. It is advantageous here if the packaging material has a minimum level of flowability. When applying or introducing the packaging material, it is essential that at least all areas of the pressure sensor element, the carrier element or the other components are covered, in which the entry of particles or chemical substances from the outside would impair the functionality. Furthermore, it must be ensured that when the packaging material is applied or introduced, the internal transitions between the elements and to additional surrounding components such as housing bases, housing walls, frame parts and/or covers are filled in order to seal the semiconductor component from the environment. In a further step 320, the packaging material can be cured. This can be done, for example, by an additional heat treatment or by curing over time at room temperature.

Bei der Herstellung des Halbleiterbauelement in einem großen Nutzen, das heisst mit einer Vielzahl von Einzelelementen auf einem Trägersubtrat wie einem Wafer, kann erforderlich sein, die Halbleiterbauelemente für die Weiterverarbeitung zu vereinzeln. Hierbei kann in einem optionalen Schritt 330 ein Säge- oder Trennverfahren eingesetzt werden. Durch die Verwendung eines entsprechenden Verpackungsmaterials kann dabei verhindert werden, dass beim Trennprozess Splitter oder Sägeprodukte entstehen und gegebenenfalls die Funktionalität des Halbleiterbauelements beeinträchtigen. Die Vereinzelung mit einem Säge-, Schneide- oder Laserverfahren hat zudem den Vorteil, dass gerade Wände des Bauelements erzeugt werden können, so dass bei Fertigungsverfahren die einzelnen Halbleiterbauelemente mechanisch gegriffen werden können. Entsprechende gerade Wände ließen sich auch erzeugen, wenn im Schritt 300 zusätzliche Rahmenteile vorgesehen werden, die die seitliche Ausbreitung des Verpackungsmaterials im Schritt 310 verhindern.When producing the semiconductor component in large panels, that is to say with a large number of individual elements on a carrier substrate such as a wafer, it may be necessary to separate the semiconductor components for further processing. Here, in an optional step 330, a sawing or separating method can be used. The use of an appropriate packaging material can prevent splinters or sawing products from occurring during the separating process and possibly impairing the functionality of the semiconductor component. Separation using a sawing, cutting or laser process also has the advantage that straight walls of the component can be produced, so that the individual semiconductor components can be gripped mechanically during production processes. Corresponding straight walls can also be produced if additional frame parts are provided in step 300, which prevent the packaging material from spreading laterally in step 310.

In einem weiteren optionalen Schritt 340 kann das fertige Halbleiterbauelement in ein übergeordnetes Gehäuse oder auf eine Leiterplatte angebracht werden.In a further optional step 340, the finished semiconductor device can be mounted in a superordinate package or on a printed circuit board.

Ein mögliches Verpackungsmaterial, welches sowohl dichtende Eigenschaften, eine Formstabilität gegenüber mechanischen Angriffen als auch eine Inkompressibilität bei gleichzeitiger Verformbarkeit aufweist, ist Silikon, ein hochfluoriertes Polymer, ein perfluoriertes Polymer oder eine andere Polymerverbindung, die Silikon aufweist.A possible packaging material, which has both sealing properties, dimensional stability against mechanical attacks and incompressibility with simultaneous deformability, is silicone, a highly fluorinated polymer, a perfluorinated polymer or another polymer compound that contains silicone.

Das Verpackungsmaterial sollte eine Härte von Shore A beziehungsweise Shore 00 aufweist. Damit weist das Verpackungsmaterial eine signifikante härtere Materialeigenschaft als ein übliches Passivierungsgel auf. Zur Verarbeitung sollte das Verpackungsmaterial eine Viskosität im Bereich 100 bis 10000 cps aufweisen.The packaging material should have a hardness of Shore A or Shore 00. The packaging material thus has significantly harder material properties than a conventional passivation gel. For processing, the packaging material should have a viscosity in the range of 100 to 10,000 cps.

Claims

Method for manufacturing a semiconductor device with a pressure sensor element (210) for detecting a pressure of the environment of the semiconductor device, with the steps • Applying at least one pressure sensor element (210) directly or indirectly to a carrier element (240), • Applying a packaging material (220, 225, 230) to at least part of the pressure sensor element (240) and the carrier element (240) to form an outer packaging (220, 225), the packaging material (220, 225, 230) • forwards a pressure applied to the outer packaging to the pressure sensor element (240), and • prevents or delays the ingress and/or transfer of particles or liquids from the environment to the pressure sensor element (240), and • seals the pressure sensor element (240) against the environment.

procedure after claim 1 , characterized in that the packaging material (220, 225, 230) to form the outer packaging is heated for a predeterminable time to harden.

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that in a further step at least one further component (200, 215) is applied directly or indirectly to the carrier element (240), the packaging material (220, 225, 230) being at least partially attached to the further component (200, 215 ) is applied.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the production of the semiconductor component in a further step a cover (270) with an opening (275) is provided above the pressure sensor element (240), the cover (270) being placed on the packaging material (220 , 225, 230) is applied, in particular before curing of the packaging material (220, 225, 230).

Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that for the production of the semiconductor component, in a further step, a cover (270) with an opening (275) is provided above the pressure sensor element (240), the packaging material (220, 225, 230) passing through the opening (275) at least is applied to the pressure sensor element (240), it being provided in particular that the packaging material (220, 225, 230) is applied to the pressure sensor element (240) in such a way that pressure access through the opening (275) is aligned with the pressure sensor element (240). is formed, which is sealed from the environment.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the packaging material (220, 225, 230) contains a silicone.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the packaging material (220, 225, 230) is incompressible.

Production of a multiplicity of semiconductor components on a carrier element (240) according to one of Claims 1 until 7 , wherein after curing, each semiconductor component is separated by a separating step, by means of which the packaging material (220, 225, 230) is sawed or cut without splinters by means of a separating cut.

Semiconductor component with a pressure sensor element (210) for detecting a pressure in the environment of the semiconductor component, produced according to one of Claims 1 until 8th , with • a pressure sensor element (210) which is applied directly or indirectly to a carrier element (240), • an outer packaging made of a packaging material (220, 225, 230) which covers at least part of the pressure sensor element (240) and the carrier element (240 ) encloses, the packaging material (220, 225, 230) • forwarding a pressure applied to the outer packaging to the pressure sensor element (240), and • the penetration and/or forwarding of particles or liquids from the environment to the pressure sensor element (240) prevents or delays, and • the pressure sensor element (240) seals against the environment.

semiconductor device claim 9 , characterized in that the semiconductor component has a cover (270) with an opening (275) above the pressure sensor element (240), the cover (270) being applied to the packaging material (220, 225, 230), it being provided in particular that through the opening (275) a pressure access to the pressure sensor element (240) aligned, which is sealed from the environment.