DE10130131A1 - Dynamischer Halbleitersensor und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Dynamischer Halbleitersensor und Verfahren zu dessen Herstellung

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Abstract

Ein dynamischer Halbleitersensor wie ein Beschleunigungssensor setzt sich zusammen aus einem Sensorchip, welcher Elektroden aufweist, die im Ansprechen auf eine darauf aufgebrachte Beschleunigung beweglich sind, und einem Schaltungschip, welcher eine Schaltung zum Verarbeiten von Signalen aufweist, die von dem Sensorchip zugeführt werden. Der Sensorchip und der Schaltungschip sind in einem Gehäuse enthalten und werden darin gehalten. Der Sensorchip und der Schaltungschip sind über eine Haftschicht feststehend verbunden. Der Sensorchip wird genau auf dem Schaltungschip positioniert, ohne dass eine Fehlausrichtung relativ zu einer Abtastachse geschaffen wird, da die Haftschicht verwendet wird, von welcher aus ein Haftmaterial unter Wärme nicht ausfließt. Ein Halbleiterwafer, welcher eine Mehrzahl von Sensorchips enthält, wird zuerst hergestellt, und es wird die Haftschicht auf eine Oberfläche des Wafers aufgebracht, und danach werden einzelne Sensorchips durch Dicen getrennt. Der Sensorchip ist mit dem Schaltungschip über die Haftschicht verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen dyna­ mischen Halbleitersensor wie einen Beschleunigungssensor, der einen Halbleitersensorchip zum Erzeugen von Signalen entsprechend einer darauf angewandten dynamischen Kraft und ein Substrat zum Anbringen des Sensorchips darauf enthält.
Ein Beispiel eines Beschleunigungssensors ist in der JP-A-8-110351 offenbart. Dieser Beschleunigungssensor ent­ hält einen Halbleitersensorchip mit einem beweglichen Teil zum Erzeugen eines Sensorsignals entsprechend einer darauf angewandten Beschleunigung. Der Sensorchip ist zum Verar­ beiten des Sensorsignals mit einem haftenden Material an einem Schaltungschip befestigt und damit verbunden. Der Be­ schleunigungssensor ist bezüglich der Größe durch Auf­ schichten bzw. Laminieren des Sensorchips auf dem Schal­ tungschip kompakt ausgebildet.
Es ist jedoch schwierig die Position des Sensorchips auf dem Schaltungschip an einer vorbestimmten Position ge­ nau zu positionieren, da das Haftmittel eine Fließfähigkeit besitzt und sich der Sensorchip relativ zu der Schaltungs­ platte während eines Anbringungsprozesses einschließlich eines Aushärteprozesses bewegt. Wenn der Sensorchip durch partielles Aufheben oder Drehen falsch positioniert wird, verschlechtert sich die Empfindlichkeit des Sensorchip in einer vorbestimmten Richtung.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Schwierigkeiten gemacht, und es ist Auf­ gabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten dynami­ schen Halbleitersensor bereitzustellen, bei welchem ein Sensorchip richtig auf einem Substrat wie einem Schaltungs­ chip an einer vorbestimmten Position angebracht ist, um da­ durch zu verhindern, dass sich die Empfindlichkeit in einer vorbestimmten Richtung verringert. Des weiteren ist es Auf­ gabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstel­ lung des verbesserten dynamischen Halbleitersensors bereit­ zustellen.
Der dynamische Halbleitersensor wie ein Beschleuni­ gungssensor setzt sich zusammen aus einem Gehäuse, einem Halbleitersensorchip und einem Schaltungschip als Substrat zum Anbringen des Sensorchips darauf. Der Sensorchip und der Schaltungschip sind über eine Haftschicht auf das Ge­ häuse aufgebracht bzw. aufgebracht und darauf angebracht. Der Sensorchip enthält bewegliche Elektroden, welche in ei­ ne Abtastrichtung im Ansprechen auf eine darauf angewandte dynamische Kraft wie eine Beschleunigung verschoben werden. Der Schaltungschip enthält eine Schaltung zum Verarbeiten von Signalen, die von dem Sensorchip zugeführt werden. Die Haftschicht kann entweder aus wärmeaushärtendem (thermosetting) oder thermoplastischem Harz bzw. Kunststoff (resin) gebildet werden.
In einer Mehrzahl vorkommende Sensorchips sind auf ei­ nem Halbleiterwafer gebildet, und die Haftschicht ist auf eine Waferoberfläche aufgebracht, die mit dem Schaltungs­ chip zu verbinden ist. Der Wafer wird in einzelne Sen­ sorchips zusammen mit der darauf aufgebrachten Haftschicht getrennt. Der einzelne Sensorchip wird auf eine erste Ober­ fläche der Schaltungsplatte über die Haftschicht aufge­ bracht, und eine zweite Oberfläche des Schaltungschips wird mit einer Anbringungsoberfläche des Gehäuses mit Hilfe ei­ nes Haftmittels verbunden. Die erste Oberfläche der Schal­ tungsplatte kann durch Umhüllen mit einem Harz- bzw. Kunst­ stoffmaterial geglättet werden. Der Sensorchip, der Schal­ tungschip und das Gehäuse sind durch Drahtkontaktierung elektrisch verbunden. Auf dem Schaltungschip gebildete Drahtkontaktierungsstellen (wire-bonding pads) werden wäh­ rend eines Aushärtens oder eines Beförderungsprozesses mit einem Haftmaterial verschmutzt, da der Sensorchip und der Schaltungschip mittels der Haftschicht verbunden sind.
Es wird bevorzugt eine Haftschicht mit einer Dicke von weniger als 50 µm und einem Elastizitätskoeffizienten von weniger als 3000 MPa zu verwenden, um eine Temperaturabhän­ gigkeit der Sensoroffsetausgänge innerhalb eines angemesse­ nen Bereichs zu unterdrücken. Es wird ebenfalls bevorzugt die zweite Oberfläche des Schaltungschips partiell mit der Anbringungsoberfläche des Gehäuses zu verbinden, um einen ungünstigen Einfluss von kleinen Vertiefungen oder Vor­ sprüngen auf der Anbringungsoberfläche zu eliminieren.
Bei der vorliegenden Erfindung sind der Sensorchip und die Schaltungsplatte über die Haftschicht verbunden, welche keine Fließfähigkeit besitzt. Daher fließt das Haftmittel nicht beim Aushärten oder Beförderungsprozess aus, und der Sensorchip wird genau positioniert, ohne dass eine Fehlaus­ richtung relativ zu der Abtastachse erzeugt wird. Dement­ sprechend wird eine hohe Empfindlichkeit in Richtung der Tastachse realisiert.
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Be­ schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen Halbleiterbeschleunigungssensor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht, welche den Beschleuni­ gungssensor aus einer in Fig. 1A dargestellten Richtung A mit einer entfernten Abdeckplatte darstellt;
Fig. 3A-3H stellen einen Prozess zum Zusammenbau des Beschleunigungssensors dar;
Fig. 4A zeigt eine Draufsicht, welche einen Beschleuni­ gungssensor als Vergleichsbeispiel darstellt, bei welchem ein Sensorchip auf einem Schaltungschip mit einem horizon­ talen Fehlausrichtungswinkel θ1 angebracht ist;
Fig. 4B ist eine Seitenansicht, welche den in Fig. 4A dargestellten Beschleunigungssensor darstellt, wobei der Sensorchip auf dem Schaltungschip mit einem vertikalen Fehlausrichtungswinkel θ2 angebracht ist;
Fig. 5 zeigt einen Graphen, welcher eine Beziehung zwi­ schen dem Elastizitätskoeffizienten einer Haftschicht und die Temperaturabhängigkeit der Sensoroffsetausgänge dar­ stellt; und
Fig. 6 zeigt einen Graphen, welcher eine Beziehung zwi­ schen der Dicke der Haftschicht und der Temperaturabhängig­ keit der Sensoroffsetausgänge darstellt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschrieben, welche eine Querschnittsansicht eines bzw. eine Draufsicht auf ei­ nen Halbleiterbeschleunigungssensor 100 darstellen. Fig. 2 stellt eine Draufsicht aus einer in Fig. 1 dargestellten Richtung A mit einer entfernten Abdeckplatte dar. Der Be­ schleunigungssensor 100 setzt sich zusammen aus einem Halb­ leitersensorchip 5 und einem Substrat 3, welche beide in einem Gehäuse 1 enthalten sind.
Das Gehäuse 1 ist aus Keramik hergestellt, und ein Hohlraum bzw. eine Vertiefung 1b zur Aufnahme des Sen­ sorchips 5 und des Substrats 3 darin ist in dem Gehäuse 1 gebildet. Das Substrat 3, welches ein Halbleiter-IC-Chip mit einer Schaltung zum Verarbeiten von Sensorsignalen ist (hiernach als Schaltungschip bezeichnet), ist auf einer An­ bringungsoberfläche 1c in dem Hohlraum 1b über ein Haftmit­ tel 2 angebracht. Der Halbleitersensorchip 5 ist auf dem Schaltungschip 3 über eine Haftschicht 4 angebracht. Aus Aluminium oder dergleichen gebildete Kontaktstellen 1a, 3a und 5a für eine Drahtkontaktierung sind auf dem Gehäuse 1, dem Schaltungschip 3 bzw. dem Sensorchip 5 gebildet. Das Gehäuse 1 und der Schaltungschip 3 sind durch Drähte 6a elektrisch miteinander verbunden, welche an die Kontakt­ stellen 1a und 3a angeschlossen sind. Der Schaltungschip 3 und der Sensorchip 5 sind durch Drähte 6b elektrisch ver­ bunden, welche an die Kontaktstellen 3a und 5a angeschlos­ sen sind. Die aus Gold, Aluminium oder dergleichen herge­ stellten Drähte 6a und 6b sind in einem Drahtkontaktie­ rungsprozess gebildet worden.
Der Halbleitersensorchip 5 ist aus einem SOI-Wafer (Silicon-On-Insulator) gebildet, welcher sich aus einer er­ sten Siliziumschicht 51, einer zweiten Siliziumschicht 52 und einer zwischen beiden Schichten 51, 52 angeordneten oxidierten Schicht 53 zusammensetzt. Der Sensorchip 5 ent­ hält eine Ausleger- bzw. Balkenstruktur (beam structure) 56, welche aus feststehenden Elektroden und beweglichen Elektroden besteht, und erfasst eine Beschleunigung auf der Grundlage von statischen Kapazitätsänderungen zwischen den festgelegten Elektroden und den beweglichen Elektroden. Da der Beschleunigungssensorchip dieser Art bekannt ist, wird dessen Struktur unten unter Bezugnahme auf Fig. 2 kurz be­ schrieben.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist die Auslegerstruktur 56, welche kammförmige festgelegte Elektroden 55 und bewegli­ chen Elektroden 54 aufweist, in der zweiten Siliziumschicht 52 gebildet. Die beweglichen Elektroden 54, welche den feststehenden Elektroden gegenüberliegen, verschieben sich in eine in Fig. 1 und 2 dargestellte Richtung X, wenn eine Beschleunigung auf die beweglichen Elektroden 54 auf­ gebracht wird. Eine statische Kapazität zwischen den fest­ stehenden und beweglichen Elektroden 54, 55 ändert sich entsprechend der Verschiebung der beweglichen Elektroden 54. Sensorsignale, welche die Kapazitätsänderungen darstel­ len, werden von dem Sensorchip 5 dem Schaltungschip 3 durch die Drähte 6b zugeführt und in Spannungssignale oder der­ gleichen in dem Schaltungschip 3 umgewandelt. Die umgewan­ delten Signale werden zu dem Gehäuse 1 durch die Drähte 6a geleitet und an externe Geräte durch (nicht dargestellte) Drähte ausgegeben. Somit wird die Beschleunigung in Form von elektrischen Signalen erfasst.
Eine Oberfläche 51a der ersten Siliziumplatte 51 ist feststehend mit einer ersten Oberfläche 3b des Schaltungs­ chips 3 mittels der aus wärmeaushärtendem oder thermopla­ stischem Harz bzw. Kunstoff wie Polyimid oder Acrylharz ge­ bildeten Haftschicht 4 verbunden. Vorzugsweise wird die Haftschicht 4 mit einer Dicke, die 50 µm (beispielsweise dicker als 15 µm) nicht überschreitet, unter Berücksichti­ gung der später beschriebenen Sensorcharakteristik verwen­ det. Des weiteren wird es bevorzugt die Haftschicht 4 zu verwenden, welche einen Elastizitätskoeffizienten (Elastizitätsmodul) gleich oder kleiner als 3000 MPa (Megapascal) aufweist. Die Haftschicht 4 kann entweder elektrisch leitend oder nicht leitend sein.
Während der Sensorchip 5 mit einer ersten Oberfläche 3b des Schaltungschips 3 über die Haftschicht 4 verbunden ist, ist eine zweite Oberfläche 3c des Schaltungschips 3 mit der Anbringungsoberfläche 1c des Gehäuses 1 über das Haftmittel 2 verbunden. Der Schaltungschip 3 kann auf dem Gehäuse 1 über das Haftmittel 2 angebracht werden, welches den gesam­ ten Bereich der zweiten Oberfläche 3c bedeckt. Es wird je­ doch bevorzugt das Haftmittel 2 lediglich an vier Ecken der zweiten Oberfläche 3c wie in Fig. 2 dargestellt zu plazie­ ren.
Die Öffnung der Vertiefung 1b des Gehäuses 1 ist mit einer aus Eisen oder dergleichen hergestellten Abdeckplatte 7 verschlossen, um den Sensorchip 5 und den Schaltungschip 3 zu schützen, die in der Vertiefung 1b enthalten sind. Die Abdeckplatte 7 ist an dem Gehäuse 1 durch Anschweißen eines dazwischen angeordneten Metallteils 8 befestigt.
Im folgenden wird ein Prozess zum Verbinden des Sen­ sorchips 5 mit dem Schaltungschip 3 und zum Anbringen des Schaltungschips 3 auf dem Gehäuse 1 unter Bezugnahme auf Fig. 3A-3H beschrieben. Die Komponenten, welche den dy­ namischen Halbleitersensor 100 bilden, sind alle in Quer­ schnittsansichten in Fig. 3A-3H dargestellt. Die Kon­ taktstellen 1a, 3a und 5a für die Drahtkontaktierung sind in den Figuren nicht dargestellt. Ein Wafer 20, welcher darin eine Mehrzahl von Sensorchips enthält, wird in einem bekannten Halbleiterherstellungsprozess unter Verwendung des SOI-Substrats hergestellt.
Wie in Fig. 3A dargestellt wird die Haftschicht 4 auf die Oberfläche 51a der erste Siliziumschicht 51 gesteckt bzw. aufgebracht, um die gesamte Oberfläche des Wafers 20 zu bedecken. Die Sensorchipoberfläche gegenüberliegend der Oberfläche 51a ist mit einer aus Harz bzw. Kunststoff (resin) gebildeten Schutzschicht 21 bedeckt. Eine Mehrzahl von Vertiefungen entsprechend Auslegerstrukturen 56 von je­ dem Sensorchip 5 sind auf der Schutzschicht 21 gebildet, so dass die Schutzschicht 21 nicht die Auslegerstrukturen 56 berührt.
Bei dieser Ausführungsform wird die aus Polyimidharz gebildete Haftschicht 4 verwendet. Um die Polyimidhaft­ schicht 4 auf die Oberfläche 51a der ersten Siliziumschicht 51 aufzubringen, wird der Wafer 20 auf eine (nicht darge­ stellte) Platte plaziert, die auf etwa 180°C erwärmt ist, wobei die Oberfläche 51a nach oben plaziert wird. Die um eine (nicht dargestellte) Zylinderspule gewickelte Haft­ schicht 4 breitet sich über die Oberfläche 51a aus, und die Haftschicht 4 wird unter Wärme und Druck auf die Oberfläche 51a aufgebracht. Abschnitte der Haftschicht 4, welche über die Oberfläche 51a hinaus hängen, werden abgeschnitten. Da­ nach wird die auf den Wafer 20 aufgebrachte Haftschicht 4 auf der erwärmten Platte beispielsweise über 2 Minuten un­ ter 180°C ausgehärtet. Danach wird die Schutzschicht 21 auf die Oberfläche gegenüberliegend der Oberfläche 51a aufge­ bracht. Somit werden beide Oberflächen des Wafers 20 mit der Haftschicht 4 bzw. der Schutzschicht 21 wie in Fig. 3A dargestellt bedeckt.
Danach wird wie in Fig. 3B dargestellt der Wafer 20 in einzelne Sensorchips 5 zusammen mit der Haftschicht 4 und der Schutzschicht 21 durch eine Trennvorrichtung (dicing cutter) 22 zertrennt. Danach wird die Schutzschicht 21 ent­ fernt, während die Haftschicht 4 auf der Oberfläche 51a ge­ halten wird. Somit wird der Sensorchip 5 mit der daran be­ festigten Haftschicht 4 wie in Fig. 3C dargestellt fertig­ gestellt.
Demgegenüber wird wie in Fig. 3D-3F dargestellt der Schaltungschip 3 auf dem Gehäuse 1 mittels eines Haftmit­ tels 2 angebracht. Das Haftmittel 2 wird an gewünschten Po­ sitionen, beispielsweise an vier Ecken, auf der Anbrin­ gungsoberfläche 1c des Gehäuses 1 wie in Fig. 3E darge­ stellt plaziert. Danach wird der Schaltungschip 3 auf das Gehäuse 1 mit dem Haftmittel 2 wie in Fig. 3F dargestellt gebondet.
Danach wird wie in Fig. 3G dargestellt der Sensorchip 5 auf den Schaltungschip 3 mit der dazwischen angeordneten Haftschicht 4 gebondet. Dieser Prozess wird detailliert un­ ter der Annahme beschrieben, dass das Haftmittel 4 aus Po­ lyimidharz hergestellt wird. Das Gehäuse 1, auf welchem der Schaltungschip 3 angebracht wird, wird auf eine (nicht dar­ gestellte) Montageplatte plaziert, welche auf etwa 230°C erwärmt ist. Der Sensorchip 5 wird auf dem Schaltungschip 3 plaziert, so dass die Haftschicht 4 den Halbleiterchip 3 kontaktiert. Der Sensorchip 5 wird über die Haftschicht 4 unter Wärme und Druck, d. h. bei einer Temperatur von 230°C unter einem Druck von 3 N (Newton) auf den Schaltungschip 3 gebondet. Danach wird die Haftschicht 4 endgültig in einem Ofen über etwa 1 Stunde bei etwa 190°C ausgehärtet.
Danach werden wie in Fig. 3H dargestellt die Kontakt­ stellen 1a, 3a, 5a durch Drähte 6a, 6b durch Drahtkontak­ tierung elektrisch verbunden. Schließlich wird die Abdeck­ platte 7 mit dem Gehäuse 1 verbunden, um die Öffnung durch Schweißen, beispielsweise durch HF-Schweißen (seam-welding) zu schließen. Das Metallteil 8 zum Schweißen wird vor dem Prozess des Anbringens der Komponenten darauf auf das Ge­ häuse 1 gebondet oder gelötet. Somit wird der in Fig. 1 dargestellte Halbleiterbeschleunigungssensor 100 fertigge­ stellt. Der Beschleunigungssensor 100 wird beispielsweise auf einer elektronischen Steuereinheit zur Verwendung in einem Automobil für die Beschleunigungserfassung ange­ bracht.
Da die Haftschicht 4, welche keine Fließfähigkeit be­ sitzt, zum Befestigen des Sensorchips 5 an dem Schaltungs­ chip 3 bei der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet wird, wird der Sensorchip 5 richtig auf einer vorbestimmten Position auf dem Schaltungschip 3 angebracht. Wenn ein flüssiges Haftmittel, welches eine Fließfähigkeit besitzt, wie bei der herkömmlichen Anordnung verwendet wird, kann der Sensorchip 5 nicht an dem Schaltungschip 5 an einer ge­ nauen Position befestigt werden, da der Sensorchip 5 sich relativ zu dem Schaltungschip 3 bei einem Aufsteck- bzw. Aufbringprozess oder während eines Prozesses des Beförderns der Anordnung in einen Ofen, um das Haftmittel auszuhärten, bewegen wird. Mit anderen Worten, es wird eine Fehlausrich­ tung des Sensorchips 5 bei der Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung vermieden, und dadurch kann die Sensoremp­ findlichkeit in Richtungen außer in einer vorbestimmten Richtung (hiernach als Empfindlichkeit in der anderen Achse bezeichnet) zu null gemacht werden. Die oben erwähnte Emp­ findlichkeit in der anderen Achse wird weiter unter Bezug­ nahme auf Fig. 4A und 4B erklärt, welche ein Vergleichs­ beispiel 200 darstellen, bei welchem ein flüssiges Haftmit­ tel S1 zum Anbringen des Sensorchips 5 auf dem Schaltungs­ chip 3 verwendet wird. Die in Fig. 4A und 4b dargestell­ ten Bezugszeichen sind dieselben wie jene bei der Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung. Wie oben erwähnt wird eine Beschleunigung auf der Grundlage einer Verschiebung der beweglichen Elektroden 54 der Auslegerstruktur 56 in Richtung der X-Achse erfasst (X-, Y- und Z-Achsen sind in Fig. 4A und 4B dargestellt). Der Sensorchip 5 muss der­ art positioniert werden, dass sich die beweglichen Elektro­ den 54 in Richtung der X-Achse bewegen, und die Ausleger­ strukturebene parallel zu der Anbringungsoberfläche 1c des Gehäuses 1 wird.
Wenn der Sensorchip 5 relativ zu dem Schaltungschip 3 mit einem Fehlausrichtungswinkel θ1 in der X-, Y-Ebene wie in Fig. 4a dargestellt fehlausgerichtet ist, erscheint in der Richtung der Y-Achse die folgende Empfindlichkeit:
(Empfindlichkeit in der Y-Achse) = (Empfindlichkeit in der X-Achse) x (sin θ1).
Wenn der Sensorchip 5 mit einem Fehlausrichtungswinkel θ2 in Richtung der Z-Achse wie in Fig. 4B dargestellt fehlausgerichtet ist, erscheint die folgende Empfindlich­ keit in Richtung der Z-Achse:
(Empfindlichkeit in der Z-Achse) = (Empfindlichkeit in der X-Achse) x (sin θ2).
Dies ist natürlich dafür beabsichtigt, dass die Sensor­ empfindlichkeit lediglich in Richtung der X-Achse vorhanden ist. Wenn eine Empfindlichkeit in Richtungen einer anderen Achse als der Richtung in der X-Achse erscheint, verringert sich die Empfindlichkeit in der X-Achse um den Betrag der Empfindlichkeit in der anderen Achse.
Da die Empfindlichkeit in der anderen Achse unter Ver­ wendung der Haftschicht 4, welche keine Fließfähigkeit be­ sitzt, bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eliminiert ist oder nahezu gleich null gemacht worden ist, kann eine beabsichtigte hohe Empfindlichkeit in Richtung der X-Achse erzielt werden. Des weiteren kann verhindert werden, dass die Kontaktstellen 3a auf dem Schaltungschip 3 mit flüssigem Haftmittel, welches über die Kontaktstellen 3a fließt, verschmutzt wird. Dementsprechend wird die Bond­ stärke durch das Haftmaterial nicht ungünstig beeinflußt.
Wie oben erwähnt ist die bevorzugte Dicke der Haft­ schicht 4 kleiner als 50 µm, und es wird bevorzugt, dass der Elastizitätskoeffizient (Elastizitätsmodul) kleiner als 3000 MPa ist. Die Gründe dafür werden unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 6 erläutert, welche Simulationstestergebnisse darstellen.
Entsprechend Fig. 5 wird die Temperaturabhängigkeit der Sensoroffsetausgänge (in my) auf der Ordinate gegenüber den Elastizitätskoeffizienten (in MPa) der Haftschicht 4 auf der Abzisse dargestellt. Die Temperaturabhängigkeit der Sensoroffsetausgänge bedeutet eine Sensorausgangsdifferenz zwischen zwei Umgebungstemperaturpegeln, 25°C und 85°C, wenn keine Beschleunigung auf den Sensor aufgebracht wird. In Übereinstimmung mit Experimenten wird es bezüglich einer praktischen Verwendung bevorzugt, dass die Temperaturabhän­ gigkeit nicht 50 mV überschreitet. Die Temperaturabhängig­ keit für drei Haftschichten 4, welche jeweils eine unter­ schiedliche Dicke von t = 10 µm, 50 µm bzw. 100 µm besitzen, ist in dem Graphen von Fig. 5 dargestellt. Wie aus dem Gra­ phen ersichtlich wird die Temperaturabhängigkeit um so grö­ ßer, je dicker die Haftschicht ist.
Entsprechend Fig. 6 wird eine Beziehung zwischen der Temperaturabhängigkeit der Sensoroffsetausgänge und der Dicke der Haftschicht 4 dargestellt, wobei der Elastizi­ tätskoeffizient als Parameter genommen wird. Wie aus dem Graphen ersichtlich ist die Temperaturcharakteristik um so niedriger, je niedriger die Elastizität ist. Unter Kombina­ tion beider in Fig. 5 und 6 dargestellte Ergebnisse wird ersichtlich, dass die Bedingung, unter welcher die Tempera­ turabhängigkeit der Offsetausgänge 50 mV nicht überschrei­ tet, erfüllt wird, wenn die Dicke der Haftschicht kleiner als 50 µm und deren Elastizitätskoeffizient kleiner als etwa 3000 MPa sind.
Da die Haftschicht 4 auf den Wafer 20 aufgebracht wird, welcher eine Mehrzahl von Sensorchips 5 enthält, und der Wafer 20 nicht in einzelne Sensorchips 5 durch Dicen ge­ trennt wird, ist es nicht nötig die Haftschicht auf die einzelnen Sensorchips 5 aufzubringen. Dadurch wird der Her­ stellungsprozess deutlich vereinfacht. Es wird bevorzugt die Anbringungsoberflächen, d. h. die erste Oberfläche 3b des Schaltungschips 3, auf welchem der Sensorchip 5 ange­ bracht wird, und die Anbringungsoberfläche 1c des Gehäuses 1, auf welchem der Schaltungschip 3 angebracht wird, zu glätten. Es kann nötig sein die Neigung der Anbringungs­ oberfläche relativ zu der X-, Y-Ebene vor dem Anbringen des Sensorchips 5 zu entfernen, wenn eine derartige Neigung dort vorhanden ist.
Da der Schaltungschip 3 auf der Anbringungsoberfläche 1c durch Aufbringen des Haftmittels 2 lediglich an Ab­ schnitten der Anbringungsoberfläche 1c, beispielsweise le­ diglich an vier Ecken, angebracht wird, kann der Schal­ tungschip 3 flach bzw. eben auf der Oberfläche ohne Beein­ flussung bzw. Beeinträchtigung durch mögliche kleine Ver­ tiefungen oder Vorsprünge auf der Oberfläche angebracht werden. Da die auf den Sensorchip 5 aufgebrachte Haft­ schicht 4 erwärmt wird, um denselben um einen Grad weicher bzw. biegsamer zu machen und nicht eine Fließfähigkeit in dem Prozess des Anbringens des Sensorchips 5 auf der ersten Oberfläche 3b des Sensorchips 3 zu erzeugen, können kleine Vertiefungen oder Vorsprünge auf der Oberfläche durch die weich bzw. biegsam gemachte Haftschicht 4 absorbiert wer­ den. Die erste Oberfläche 3b kann durch Umhüllen von Harz wie Polyimid (PIQ) darauf geglättet werden, um einen Schließkontakt (close contact) zwischen dem Sensorchip 5 und dem Schaltungschip 3 zu verbessern.
Der Halbleitersensorchip ist nicht auf den Sensorchip beschränkt, welcher eine Auslegerstruktur 56 aufweist, die bewegliche Elektroden 54 enthält, sondern es können andere Sensorelemente, welche elektrische Signale entsprechend ei­ ner aufgebrachten Beschleunigung erzeugen, wie piezoelek­ trische Elemente verwendet werden. Des weiteren können Ele­ mente außer dem Schaltungschip 3 wie ein Glassubstrat als das Substrat verwendet werden, auf welchem der Sensorchip 5 angebracht wird. Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls auf andere Sensoranordnungen wie Winkelgeschwindigkeitssen­ soren anwendbar.
Vorstehend wurde ein dynamischer Halbleitersensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung offenbart. Der dynami­ sche Halbleitersensor (100) wie ein Beschleunigungssensor setzt sich zusammen aus einem Sensorchip (5), welcher Elek­ troden (54) aufweist, die im Ansprechen auf eine darauf aufgebrachte Beschleunigung beweglich sind, und einem Schaltungschip (3), welcher eine Schaltung zum Verarbeiten von Signalen aufweist, die von dem Sensorchip zugeführt werden. Der Sensorchip und der Schaltungschip sind in einem Gehäuse (1) enthalten und werden darin gehalten. Der Sen­ sorchip und der Schaltungschip sind über eine Haftschicht (4) feststehend verbunden. Der Sensorchip wird genau auf dem Schaltungschip positioniert, ohne dass eine Fehlaus­ richtung relativ zu einer Abtastachse (X) geschaffen wird, da die Haftschicht verwendet wird, von welcher aus ein Haftmaterial unter Wärme nicht ausfließt. Ein Halbleiterwa­ fer (20), welcher eine Mehrzahl von Sensorchips (5) ent­ hält, wird zuerst hergestellt, und es wird die Haftschicht (4) auf eine Oberfläche des Wafers aufgebracht, und danach werden einzelne Sensorchips durch Dicen getrennt. Der Sen­ sorchip (5) ist mit dem Schaltungschip (3) über die Haft­ schicht (4) verbunden.

Claims (8)

1. Dynamischer Halbleitersensor mit:
einem Halbleitersensorchip (5), welcher ein Teil (54) aufweist, das entsprechend einer darauf aufgebrachten dyna­ mischen Kraft beweglich ist, wobei der Halbleitersensorchip ein Sensorsignal im Ansprechen auf einen Bewegungsbetrag des beweglichen Teils ausgibt; und
einem Substrat (3) zum Anbringen und Tragen des Halb­ leitersensorchips darauf,
wobei der Halbleitersensorchip mit dem Substrat über eine Haftschicht (4) verbunden ist.
2. Dynamischer Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (1) vorgesehen ist,
das Substrat ein Halbleiterchip (3) ist, welcher eine Schaltung zur Verarbeitung des Sensorsignals aufweist;
der Halbleitersensorchip mit einer ersten Oberfläche (3b) des Halbleiterchips verbunden ist, welcher die Verar­ beitungsschaltung aufweist; und
die zweite Oberfläche (3c) des Halbleiterchips, wel­ cher die Verarbeitungsschaltung aufweist, partiell mit dem Gehäuse verbunden ist.
3. Dynamischer Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht (4) aus einem wärme­ aushärtenden Harz oder einem thermoplastischen Harz gebil­ det ist.
4. Dynamischer Halbleitersensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Haftschicht (4) kleiner als 50 µm ist.
5. Dynamischer Halbleitersensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätskoeffizient der Haft­ schicht (4) kleiner als 3000 MPa ist.
6. Dynamischer Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleitersensorchip (5) ein Sen­ sorchip zum Abtasten einer Beschleunigung ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines dynamischen Halblei­ tersensors (100), welcher einen Halbleitersensorchip (5) und ein Substrat (3) zum Anbringen des Halbleitersen­ sorchips darauf über eine Haftschicht (4) aufweist, mit den Schritten:
Aufbringen der Haftschicht (4) auf einen Halbleiterwa­ fer (20), welcher eine Mehrzahl der Sensorchips aufweist;
Zertrennen des Wafers, welcher eine Mehrzahl von Sen­ sorchips (5) aufweist, zusammen mit der Haftschicht (4) in einzelne Sensorchips (5); und
Verbinden des Sensorchips mit dem Substrat (3) über die Haftschicht (4).
8. Verfahren zur Herstellung eines dynamischen Halblei­ tersensors nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt des Umhüllens einer Oberfläche (3b) des Substrats (3), auf welchem der Sensorchip (5) an­ gebracht wird, mit einem Harzmaterial aufweist, um die Oberfläche zu glätten.
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