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    • 专利摘要:
    Es wird eine Halbleiter-Drucksensorvorrichtung (100) geschaffen, welche eine vollgefüllte Gelanordnung aufweist. Diese Vorrichtung beinhaltet einen Sensorchip (3) zum Erfassen eines Drucks und zum Erzeugen eines dem Druck entsprechenden elektrischen Signals. Dieser Sensorchip der Sensorvorrichtung ist mit einem leitfähigen Element (2) wie z. B. einem Anschlusskontakt unter Verwendung eines Bonddrahts (5) verbunden. Der Sensorchip und der Bonddraht sind von einem schützenden Element (6) bedeckt, das Charakteristika elektrischer Isolierung und Verformbarkeit aufweist. Hierbei ist der Bonddraht aus einer Legierung aus Au und Pd gebildet. Diese einen Bonddraht einer Au-Pd-Legierung verwendende Anordnung ermöglicht es, die Drahtfestigkeit zu steigern, ohne den Drahtdurchmesser im Vergleich mit einem herkömmlichen Drahtdurchmesser im Wesentlichen zu erhöhen.
    公开号:DE102004009254A1
    申请号:DE200410009254
    申请日:2004-02-26
    公开日:2004-09-09
    发明作者:Masato Kariya Ueno；Yoshifumi Kariya Watanabe
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:G01L9-00
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betriffteine Halbleiter-Drucksensorvorrichtung,welche einen Sensorchip und einen Bonddraht aufweist, wobei beidevon einem schützendenElement wie z.B. einem Gel bedeckt sind. Die Halbleiter-Drucksensorvorrichtung wirdderart verwendet, dass sie einen Motoransaugdruck eines Fahrzeugserfasst.
    [0002] Die JP-A-2001-153746 ( US-6,512,255 ) offenbart z.B. eineHalbleiter-Drucksensorvorrichtung, welche einen Halbleitersensorchipzum Erfassen eines Drucks und zum Erzeugen eines dem Druck entsprechendenSignals aufweist. Dieser Sensorchip der Sensorvorrichtung ist miteinem leitfähigenElement wie z.B. einem Anschlusskontakt unter Verwendung eines ausAu (Gold) oder Al (Aluminium) gebildeten Bonddrahts verbunden. DerSensorchip und der Bonddraht sind von einem schützenden Element bedeckt, welchesCharakteristika bezüglichelektrischer Isolierung und Verformbarkeit aufweist.
    [0003] Die Sensorvorrichtung wird z.B. alsSensor zum Erfassen eines Drucks innerhalb eines Ansaugkrümmers einesFahrzeugmotors verwendet, genauer gesagt, als MAPS (Ansaugkrümmerdruck-Sensor),der als Primärsensorzur Steuerung/Regelung eines Ansaugkrümmerdrucks verwendet wird.
    [0004] In der oben erwähnten Halbleiter-Drucksensorvorrichtungwerden ein Sensorchip und ein Bonddraht von einem aus einem Gelwie z.B. einem Siliziumgel und einem Fluorgel gebildeten schützenden Elementbedeckt, so dass sie als "vollgefüllte Gelanordnung" bezeichnet werden.Eine "teilgefüllte Gelanordnung" bezeichnet dagegeneine Anordnung, in welcher das schützende Element den Sensorchip, nichtjedoch der Bonddraht bedeckt.
    [0005] Die vollgefüllte Gelanordnung ist der teilgefüllten Gelanordnungbezüglicheines Merkmals überlegen,welches das Schützeneines Sensorchips oder eines Bonddrahts betrifft. Seit kurzem tendiert manzum Beispiel dazu, den Ansaugkrümmerdruck-Sensorals vollgefüllteGelanordnung zu verwenden, was aus einer Überlegung bezüglich Schmutz- und Gefrierbeständigkeitoder Einfluss durch Verunreinigung auf Grund eines EGR (Abgasrückführung) Gasesresultiert.
    [0006] Ferner ist in der die vollgefüllte Gelanordnungaufweisenden Halbleiter-Drucksensorvorrichtung ein Schaltungschipvorgesehen, welche zur Verarbeitung eines elektrischen Signals einesSensorchips erforderlich ist. Hierbei sind der Schaltungschip undder Sensorchip übereinen Bonddraht elektrisch verbunden, wobei der Schaltungschip undder Bonddraht ebenso von einem schützenden Element bedeckt sind.
    [0007] Ferner sind in der die vollgefüllte Gelanordnungaufweisenden Halbleiter-Drucksensorvorrichtung die Bonddrähte zwischendem Sensorchip und dem leitfähigenElement und zwischen dem Sensorchip und dem Schaltungschip aus Au(Gold) oder Al (Aluminium) gebildet.
    [0008] Genauer gesagt wird eine Bordinselauf dem Chip im Allgemeinen aus einem Al verwendenden Basismaterialgebildet, so dass füreinen Bonddraht hauptsächlichGold verwendet wird, und zwar infolge seiner Überlegenheit gegenüber Al bezüglich der Verbindungstärke.
    [0009] In der die vollgefüllte Gelanordnungaufweisenden Drucksensorvorrichtung kommt es infolge eines Kühl-/Erwärmungszyklusesdazu, dass sich das aus dem Gel oder dergleichen gebildete schützende Elementzusammenzieht und ausdehnt. Dies erzeugt eine an einem Bonddrahtanliegende Belastung, wodurch sich der Produktlebenszyklus der Vorrichtung verringert,z.B. infolge eines Bruchs eines Halsabschnitts des Bonddrahts.
    [0010] Ferner ist es erforderlich, eineBondinsel des Chips zu vergrößern, wennein Drahtdurchmesser bezüglicheiner Lebensdauererhöhungdes Bonddrahts vergrößert wird.Dies ist füreine einen hohen Integrationsgrad erfordernde Chipanordnung nicht wünschenswert.Herkömmlichist ein Bonddrahtdurchmesser z.B. 30 bis 40 μm, so dass ein Drahtdurchmesservorzugsweise kleiner oder gleich 40 μm ist.
    [0011] Bei Erhöhung eines Bonddrahtdurchmesserswird ferner eine zusätzlicheBelastung entsprechend der Drahtfestigkeitszunahme erzeugt, wodurchsich die Drahtlebensdauer verringert und sich die Kosten erhöhen.
    [0012] Wird die Drahtfestigkeit ferner zufest, führt diesdazu, dass der Draht den Änderungendes aus einem Gel oder dergleichen gebildeten schützenden Elementsnicht folgt, was möglicherweisedem schützendenElement schadet und eine Blase innerhalb des schützenden Elements während desKühl-/Erwärmungszykluseserzeugt. Wenn der Draht dem schützendenElement nicht folgt, kann dies ferner einen Bruch des Drahts verursachen.
    [0013] Es ist eine Aufgabe der vorliegendenErfindung, eine Halbleiter-Drucksensorvorrichtung vorzusehen, welcheeine vollgefüllteGelanordnung aufweist und geeignet ist, eine Bonddrahtfestigkeitzu steigern ohne dabei den Bonddrahtdurchmesser im Wesentlichenzu erhöhen.
    [0014] Um die obige Aufgabe zu erzielen,ist eine Halbleiter-Drucksensorvorrichtung gemäß der folgenden Beschreibungvorgesehen. Ein Sensorchip ist zum Erfassen eines Drucks und ZumErzeugen eines dem Druck entsprechenden elektrischen Signals vorgesehen.Der Sensorchip ist mit einem leitfähigen Element unter Verwendungeines Bonddrahts elektrisch verbunden. Der Sensorchip und der Bonddraht sindvon einem schützendenElement bedeckt. Hierbei ist der Bonddraht aus einer Legierung ausAu und Pd gebildet. Diese einen Bonddraht einer Au-Pd-Legierungverwendenden Anordnung ermöglichtes, Drahtfestigkeit zu steigern, ohne den Drahtdurchmesser im Vergleichzu einem herkömmlichenDrahtdurchmesser im Wesentlichen zu erhöhen (in geringem Maße).
    [0015] In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindungweist der Bonddraht vorzugsweise einen Durchmesser auf, welcherkleiner oder gleich 40 μm ist.Diese Anordnung, welche einen Bonddraht verwendet, der einen Durchmesseraufweist, der kleiner oder gleich 40 μm ist, ermöglicht es, die Drahtfestigkeitzu steigern und zwar mit einem Durchmesser, welcher nahe dem einesherkömmlichenBonddrahts ist.
    [0016] Die obigen und zusätzlichenAufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werdenaus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mehr ersichtlich,welche unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wird.In der Zeichnung zeigt:
    [0017] 1 eineQuerschnittsansicht eines Hauptteils einer Halbleiter-Drucksensorvorrichtunggemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung; und
    [0018] 2 einePerspektivansicht eines Hauptteils einer Halbleiter-Drucksensorvorrichtunggemäß eineranderen Ausführungsformder vorliegenden Erfindung.
    [0019] Unter Bezugnahme auf 1 (Hauptanordnung) wird eine Halbleiter-Drucksensorvorrichtung 100 gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung erläutert.Die Sensorvorrichtung 100 wird z.B. zum Erfassen einesAnsaugdrucks eines Fahrzeugmotors verwendet.
    [0020] In 1 wirdein Gehäuse 1 gezeigt,welches aus einem Harz, wie z.B. Epoxidharz gebildet ist und dieFüllstoffePPS (Polyphenylensulfid) oder PBT (Polybutylentherephthalat) beinhaltet.
    [0021] In dem Gehäuse 1 ist ein Anschlusskontakt (leitfähiges Element) 2,welches aus leitfähigemMaterial, wie z.B. Kupfer gebildet ist, mittels eines Fertigungsverfahrens "insert molding" integrierend angeordnet.Der Anschlusskontakt 2 tritt an einem festgelegten Abschnittdes Gehäuses 1 äußerlichheraus, um mit einem äußeren Drahtelementelektrisch verbunden zu werden. Ferner ist in dem Gehäuse 1 ein Halbleitersensorchip 3 zumErfassen eines Drucks und zum Erzeugen eines dem erfassten Druckentsprechenden elektrischen Signals angeordnet. Der Sensorchip 3 weisteinen bekannten Aufbau zur Ausnutzung eines Piezowiderstandseffektsauf. Weil in dem Sensorchip 3 eine Membran und ein aufder Membran gebildeter Diffusionswiderstand vorgesehen sind, wirddas elektrische Signal gemäß einer Belastung(Druck) erzeugt, welche an dem Sensorchip in Richtung der Dickeanliegt.
    [0022] Der Sensorchip 3 ist aufdie Bodenoberflächeeines Vertiefungsabschnitts 1a via eines Glassockels 4 mittels einesKlebemittels 4a chipgebondet, wie z.B. einem auf Phlorosilikonbasierenden Klebemittel.
    [0023] Auf der oberen Oberfläche desSensorchips 3 ist eine Bondinsel 3a angeordnet.Die Bondinsel 3a ist üblicherweiseein Aluminiumfilm eines Aluminiumbasismaterials und wird mittelsAufdampfung oder des Sputtering-Verfahrens gebildet. In diesem Fallist die Bondinsel 3a ein Aluminiumfilm einer Al-Si-Cu(Si: Silizium,Cu: Kupfer)-Legierung,obwohl das Aluminiumbasismaterial Al, Al-Si, Al-Si-Cu oder dergleichen seinkann.
    [0024] Der Anschlusskontakt 2 unddie Bondinsel 3a des Sensorchips 3 sind über einenaus einer Au-Pd(Gold-Paladium)-Legierunggebildeten Bonddraht 5 elektrisch verbunden, wobei einKeilbondenverfahren verwendet wird.
    [0025] Die Legierung des Bonddrahts 5 kannfolgende Zusammensetzung aufweisen: Pd = 1 bis 10%, Au = "abgleichen". Der Bonddraht 5 kanneinen Durchmesser kleiner oder gleich 40 μm aufweisen, vorzugsweise 30bis 40 μm.In den Bonddraht 5 dieser Ausführungsform weist die Legierungfolgende Zusammensetzung auf: Au = 99% und Pd = 1%, wobei der Durchmesser38 μm ist.
    [0026] Innerhalb des Gehäuses 1 wird ein auseinem isolierenden Material bestehendes schützendes Element 6 denSensorchip 3 und Bonddraht 5 einbettend aufgefüllt. DasschützendeElement 6 ist fürden Sensorchip 3 und den Bonddraht 5 schützend, bezüglich einerisolierenden Eigenschaft sichernd und bezüglich einer Korrosion dieserElemente verhindernd.
    [0027] Genauer gesagt bedeckt und schützt das schützende Element 6 denSensorchip 3, den Bonddraht 5, die Verbindungsabschnittezwischen dem Sensorchip 3 und dem Bond draht 5 unddie Verbindungsabschnitte zwischen dem leitfähigen Element (leitendes Element) 2 unddem Bonddraht 5.
    [0028] Das schützende Element 6 kannaus einem Gelmaterial, wie z.B. einem Fluorgel, einem Siliziumgeloder einem Phlorosilikongel gebildet sein, von denen jedes einewünschenswerteCharakteristik, wie z.B. elektrische Isolierung, Verformbarkeit,Temperaturwechselbeständigkeit,Vibrationsbeständigkeit, Hitzebeständigkeitoder Kältebeständigkeitaufweist. In dieser Ausführungsformwird ein Fluorgel infolge der niedrigsten Feuchtigkeitsdurchlässigkeitunter den in den Drucksensorvorrichtungen verwendeten Gelen verwendet.
    [0029] Das aus diesem Fluorgel gebildeteschützendeElement 6 wird in das mit dem Sensorchip 3 undeinem Bonddraht 5 versehenen Gehäuse 1 in einem flüssigen Zustandgefüllt,worauf dann eine wärmehärtende Behandlung(z.B. bei ungefähr150°C für 90 Minuten)erfolgt, um entsprechend angeordnet zu werden.
    [0030] In der oben erwähnten Halbleiter-Drucksensorvorrichtung 100 liegteine Belastung (Druck) als ein in 1 gezeigternicht ausgefüllterPfeil P an der Oberflächedes schützendenElements 6 an, um dadurch den Sensorchip 3 viadem schützendenElement 6 zu erreichen.
    [0031] Hierbei erzeugt der Sensorchip 3 gemäß der anliegendenBelastung ein elektrisches Signal, welches via dem Metallfilm 3a,einem Bonddraht 5 und dem leitenden Element 2 nachaußenausgegeben wird, um dadurch eine Erfassung der anliegenden Belastung(Druck) zu ermöglichen.
    [0032] Als Nächstes wird eine Grundlagebezüglich derVerwendung eines Bonddrahts 5 aus einer Au-Pd-Legierunger läutert.Eine Ursache bezüglich nachlassenderBonddrahtfestigkeit ist voraussichtlich, dass sich eine wechselseitigeDiffusion von Gold und Aluminium zwischen einem Bonddraht aus Gold undeiner Bondinsel aus Aluminiumbasismaterial entwickelt.
    [0033] Die Erfinder der vorliegenden Erfindung glauben,dass Aluminium zur Diffusion neigt, weil der Bonddraht aus reinemGold gebildet ist. Dementsprechend haben sie eine Idee entwickelt,die dem Aluminium ein leichtes Diffundieren nicht ermöglicht,wenn das reine Gold durch zusätzlicheGoldlegierungen ersetzt wird. Diese Idee führt zu einer Steigerung der Bonddrahtfestigkeit.
    [0034] Es ist nach einer Prüfung einerVielzahl von Goldlegierungen herausgefunden worden, dass eine Goldlegierung,welche Palladium (Pd) beinhaltet, vorzugsweise für einen Bonddraht verwendetwird, um die gewünschteAufgabe zu erzielen.
    [0035] Eine detaillierte Prüfung wirdnachstehend beschrieben. Zuerst wurde die Zugfestigkeit bezüglich zweierPrüflingegemessen (erster Prüfling:ein Bonddraht dieser Ausführungsform;zweiter Prüfling: einenherkömmlicherBonddraht einer Referenz). Hierbei ist bei beiden der Prüflinge eineauf dem Sensorchip 3 angeordnete Bondinsel 3a auseinem 1,35 μmdicken Aluminiumfilm aus Al-Si-Cu gebildet. Bei den Bonddrähten dagegenweist der erste Prüflingeinen Bonddraht 5 dieser Ausführungsform und zwar einen Drahtaus Au-Pd (Pd: 1%, Au: "abgleichen") auf, während derzweite Prüflingeinen herkömmlichenReferenzdraht aus reinem Gold aufweist. Die Drähte beider Prüflinge weisenden gleichen Durchmesser auf (z.B. 38 μm).
    [0036] Nach zwei Stunden Belichtung bei175°C wurdeein Zugfestigkeitstest durchgeführt.Bei diesem Test wird eine Zugfestigkeit gemessen, bei der ein Bonddrahtan seinem Halsabschnitt bricht. Als Resultat weist der erste Prüfling dieserAusführungsformeine Zugfestigkeit von 15 gf auf, während der zweiten Prüflings eineZugfestigkeit von 9 gf aufweist, was eine Steigerung der Festigkeitin dem Bonddraht 5 dieser Ausführungsform belegt.
    [0037] Ebenso ist ferner eine Überlegenheitdes Bonddrahts 5 dieser Ausführungsform überprüft, wenn eine Bondinsel 3a auseinem 5,5 μmdicken Aluminiumfilm aus Al-Si gebildet ist. Dementsprechend kanndie Verwendung eines Bonddrahts einer Au-Pd-Legierung die Drahtfestigkeitim Vergleich mit dem herkömmlichenDraht steigern.
    [0038] Als Nächstes wurde ein Kühl-/Erwärmungszyklus-Testbezüglichdreier Vorrichtungen durchgeführt,die Anordnungen des oben erwähntenHalbleiterdrucksensors 100 aufweisen. Die erste Vorrichtungist eine Vorrichtung 100 dieser Ausführungsform, welche eine Drahtbondungeiner Au-Pd (Pd: 1%, Au: abgleichen) aufweist, während die zweite und dritteVorrichtung Referenzvorrichtungen sind, welche einen herkömmlichenDraht aus reinem Gold aufweisen. Der Draht der ersten Vorrichtungweist einen Durchmesser von 38 μmauf. Der Draht der zweiten Vorrichtung (Referenz) weist dagegeneinen herkömmlichenDurchmesser von 30 μmauf, während derDurchmesser der dritten Vorrichtung (Referenz) einen Durchmesservon 50 μmaufweist, welcher größer alsder Durchmesser der herkömmlichenVorrichtung ist und ungeeignet bezüglich eines hohen Integrationsgradsist.
    [0039] Bei diesen Vorrichtungen wurde einKühl-/Erwärmungszyklus(–40°C für 30 Minuten,125°C für 30 Minuten)durchgeführt,der einer typischen Testbedingung eines Fahrzeug entspricht. DasResultat war derart, dass die einen reinen Golddraht mit einem Durchmesservon 30 μmaufweisende zweite Vorrichtung bezüglich eines Halsabschnittsnach hunderten von Zyklen ausfiel. Die erste Vorrichtung 100 dieser Ausführungsformund die einen reinen Golddraht mit einem Durchmesser von 50 μm aufweisendedritte Vorrichtung (Referenz) fielen dagegen erst nach Tausendenvon Zyklen aus, was eine Erhöhungeines Faktors 10 bezüglichder Anzahl von Zyklen im Gegensatz zur zweiten Vorrichtung bedeutet.
    [0040] Deshalb kann die Verwendung einesBonddrahts 5 dieser Ausführungsform mit einer Au-Pd-Legierungdie Drahtfestigkeit steigern, wobei ein Drahtdurchmesser (z.B. 40 μm) nahe einesherkömmlichenDurchmessers ist, d.h., der Drahtdurchmesser wird im Wesentlichennicht erhöhtund ebenso wird ein hoher Integrationsgrad nicht beschränkt.
    [0041] Des Weiteren kann in der obigen Halbleiter-Drucksensorvorrichtung 100 zusätzlich einSchaltungschip 8 zur Verarbeitung des elektrischen Signalsdes Sensorchips angeordnet werden, wie in 2 gezeigt wird. Hierbei verbindet einzusätzlicher Bonddraht 7 denSchaltungschip 8 und den Sensorchip 3 elektrisch.Zusätzlichkann ein schützendes Element 6 denSchaltungschip 8 und den zusätzlichen Bonddraht 7 bedecken.
    [0042] In dieser Anordnung kann der zusätzliche Bonddraht 7 auseiner Au-Pd-Legierung gebildet sein. Dies ermöglicht es ebenso, den zusätzlichen Bonddraht 7,welcher die Chips 3 und 8 verbindet, im Vergleichzu einem herkömmlichenBonddraht zu verstärken,ohne im Wesentlichen einen Drahtdurchmesser zu erhöhen.
    [0043] Es wird Fachleuten ersichtlich sein,dass es in den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegendenErfindung möglichist, eine Vielzahl von Änderungenvorzusehen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung bestimmtsich jedoch aus den nachfolgenden Ansprüchen.
    [0044] Vorstehend wurde eine Halbleiter-Drucksensorvorrichtungoffenbart.
    [0045] Es wird eine Halbleiter-Drucksensorvorrichtung 100 geschaffen,welche eine vollgefüllteGelanordnung aufweist. Diese Vorrichtung beinhaltet einen Sensorchip 3 zumErfassen eines Drucks und zum Erzeugen eines dem Druck entsprechendenelektrischen Signals. Dieser Sensorchip der Sensorvorrichtung istmit einem leitfähigenElement 2 wie z.B. einem Anschlusskontakt unter Verwendungeines Bonddrahts 5 verbunden. Der Sensorchip und der Bonddrahtsind von einem schützendenElement 6 bedeckt, das Charakteristika elektrischer Isolierung undVerformbarkeit aufweist. Hierbei ist der Bonddraht aus einer Legierungaus Au und Pd gebildet. Diese einen Bonddraht einer Au-Pd-Legierungverwendende Anordnung ermöglichtes, die Drahtfestigkeit zu steigern, ohne den Drahtdurchmesser imVergleich mit einem herkömmlichenDrahtdurchmesser im Wesentlichen zu erhöhen.
    权利要求:
    Claims (4)
    [1] Halbleiter-Drucksensorvorrichtung (100),welche aufweist: ein leitfähigesElement (2); einen Sensorchip (3) zum Erfasseneines Drucks und zum Erzeugen eines dem Druck entsprechenden elektrischenSignals; einen Bonddraht (5), welcher den Sensorchipund das leitfähigeElement elektrisch verbindet; und ein schützendes Element (6),welches Charakteristika bezüglichelektrischer Isolierung und Verformbarkeit aufweist und den Sensorchipund den Bonddraht bedeckt, dadurch gekennzeichnet, dass derBonddraht aus einer Legierung aus Au und Pd gebildet ist.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass ein Durchmesser des Bonddrahts kleiner oder gleich 40 μm ist.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass sie ferner aufweist: einen Schaltungschip (8)zur Verarbeitung des elektrischen Signals des Sensorchips; und einenzusätzlichenBonddraht (7), welcher den Schaltungschip und den Sensorchipelektrisch verbindet, wobei das schützende Element den Schaltungschipund den Bonddraht bedeckt, und der zusätzliche Bonddraht aus einerLegierung aus Au und Pd gebildet ist.
    [4] Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass ein Durchmesser des zusätzlichenBonddrahts kleiner oder gleich 40 μm ist.
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    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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