CN102639980B - 具有传感器壳体的传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传感器（10），具有传感器壳体（12）、电子构件（16）和传感器元件（18）。所述电子构件（16）和所述传感器元件（18）对介质密封地相互连接。在所述至少一个电连接装置（24）的键合线（26）的键合部位（22，24）之间设置表示密封装置的粘接剂（28）。

Description

具有传感器壳体的传感器
技术领域
本发明涉及一种传感器和用于制造具有传感器壳体的传感器的方法。
背景技术
DE 102 23 357 A1涉及一种用于压力测量的装置。该用于压力测量的装置包括壳体，在该壳体中设置一个设有传感器元件和电连接元件的载体。该壳体具有一个包围传感器元件并且与第一压力接头的第一压力通道连接的第一壳体室以及一个相对于第一壳体室密封的、包围至少所述电连接元件的第二壳体室。该壳体具有一个相对于第一壳体室和第二壳体室密封的第三壳体室，该第三壳体室与第二压力接头的第二压力通道连接。
在压力传感器的现今发展中追求一种结构设计，这以概念CiH(chip-in-Housing)为特点。根据该结构设计，传感器芯片直接粘接到由塑料制成的传感器壳体中。如果使用两个芯片，例如一个传感器元件和一个与传感器元件分开的电子模块例如ASIC，则存在以下要求：在传感器元件和电子构件例如前面提到的ASIC之间提供多个电连接装置。为了降低并且在理想情况下完全避免电子构件遭受的介质负载，电子构件和传感器元件设置在分开的腔中。在两个腔之间的分开必须相对于废气、水分和其它介质设计成对介质密封的。根据现今的解决方案使用一个注射到压力传感器壳体中的引线框，从两侧粘接、尤其是键合到该引线框上。该技术以导线梳、即引线框的密封包覆注射为前提，以便避免例如水分进入。但是插入件的所需的介质密封性通常不能得到。另外由于键合工艺，这可能导致作用到导线梳的金质或镀金的表面上，这有利于腐蚀现象的构成。根据现今的解决方案，作为附加的保护，其中接收传感器元件的腔被凝胶填充。
在当前成批的传感器、尤其是在低压区域中使用的压力传感器中，电子构件ASIC和传感器元件也位于同一个壳体区域内部或者说位于同一个腔内部。也常见的是，传感器元件和电子构件即ASIC构造在同一个硅芯片内部。对新一代传感器、尤其是压力传感器的一个重要要求是，它们必须比以前各代传感器显著更抗废气。已经证明，传感器元件的抗废气性比电子构件例如ASIC的抗废气性更容易被确保。除了在客户专用的传感器元件压制与同样可变的ASIC实施方式的灵活组合方面所需的变型管理外，这也是将电子构件、尤其是ASIC与传感器相互分开的原因。
传感器元件由此位于一个遭受介质、尤其是废气的腔中，而电子构件即ASIC位于一个与之分开的不允许遭受介质影响的腔中。
对于低压传感器使用两个硅芯片。两个芯片中的一个用作传感器元件，而另一个用作电子构件例如ASIC。
对新的压力传感器开发的一个重要要求是，其必须比以前的各代压力传感器明显更抗废气。与保证电子构件例如ASIC的抗废气性相比，通常更容易保证传感器元件的抗废气性。除了在考虑客户专用的传感器元件压制的情况下由同样可变的ASIC实施方式所需的变型管理外，这也是将传感器元件和电子构件例如ASIC相互分开的原因。
发明内容
根据按本发明建议的解决方案，电子构件、例如ASIC或传感器元件粘接到尤其由塑料制成的传感器壳体的基板中。电子构件以及传感器元件优选粘贴到基板的遭受介质的上平面侧上。大致在传感器元件和与传感器元件间隔距离地设置的电子构件例如ASIC之间的中点设置电连接装置例如印制导线。用作印制导线的该电连接装置优选以MID技术制造并且可以例如作为金属化装置示出，该金属化装置包括金层，该金层覆盖基层例如镍底。借助MID技术产生的金属化装置优选安置在传感器壳体的基板的平面中的凹部中。在MID技术(MID，Molded Interconnect Devices)中，在三维模制的注塑电路载体上施加结构化金属层形式的走线图。在MID技术的范围中在部件中聚集机械和电功能，以及壳体和电路载体功能的组合和机械连接和固定元件与卡钩装置的集成。这导致材料投入以及单个部件的数量明显减少。此外，用于不同部件的装配耗费显著下降并且实现工艺链的缩短。
用于各个条形金属化装置的各个凹部通过基板的塑料材料的隔板相互分开。所述金属化装置也可以通过热压印、嵌入或塑料材料的包覆注射置入到相对于基板的平面的凹部中。
优选地，用作印制导线的金属化装置这样地安设在相对于基板上平面的凹部中，即这些凹部具有宽度，该宽度超过优选以MID技术制成的金属化装置的条宽。
在传感器元件和起印制导线作用的金属化装置之间压制键合连接装置，该键合连接装置包括键合线。一个键合部位位于传感器元件上并且另一个键合部位位于用作印制导线的金属化装置的端部上。用作印制导线的金属化装置的相应另一个端部具有一个键合部位，另一个键合线从该键合部位向电子构件例如ASIC延伸。在用作印制导线的金属化装置的两个相互对置的端部上的两个键合部位之间存在足够的距离，使得在此能够工艺安全地放置粘接材料、优选构造为粘接条的粘接材料，该粘接材料不接触位于用作印制导线的金属化装置的端部上的键合部位。粘接条形式的粘接材料可以在产生用作印制导线的金属化装置的端部与通向电子构件或传感器元件的键合线之间的键合连接之前或之后产生。
优选以粘接条形式粘贴在用作印制导线的金属化装置上的粘接材料这样地放置在两个键合部位之间，使得这两个键合部位安全地不被接触。这导致，这些键合部位不受载荷并且因此得到电连接装置的非常坚固的结构。
按本发明建议的解决方案考虑到以下情况：在用作印制导线的金属化装置和由塑料材料制成的基板之间的连接变差时，介质可能进入并且由此不能得到在传感器(在一侧)和电子构件例如ASIC(在另一侧)之间的密封。考虑到该情况，用作印制导线的金属化装置在基板中的凹部内稍许增高地设置，使得粘接材料、尤其是作为粘接条施加的粘接材料侧向地流到用作印制导线的金属化装置的端部之间并且也得到用作印制导线的金属化装置和基板材料之间的侧向密封。为了用作印制导线的金属化装置的端部上的键合部位以及键合线本身的附加保险，在优选由塑料材料制成的基板的被施加介质的一侧上施加凝胶，这不仅覆盖各个键合线而且覆盖键合部位。
优选以粘接条形式施加在用作印制导线的金属化装置上的粘接材料是对介质密封的并且此外在基板和盖板接合时使基板和盖板相对彼此密封，使得没有介质从在盖元件和基板接合时形成的用于接收传感器元件的腔流向其中设有电子构件例如ASIC的腔中。粘接条的粘接材料的柔性以特别有利的方式补偿尺寸和安装公差。
优选地在施加在基板上的盖元件的底面上设置密封插板，该密封插板沉入到优选构造为粘接条的粘接材料堆积部中并且最终得到其中接收传感器元件的腔和其中接收电子构件(ASIC)的腔之间的对介质密封的密封装置。在装配盖元件时，在盖元件的底面上的密封插板进入到粘接剂的柔软且可变形的材料中并且使粘接剂变形，将粘接剂尤其是挤压到在用作印制导线的金属化装置和基板材料的隔板之间的自由空间中，使得构成对介质密封的密封装置。盖元件的底面上的密封插板的尺寸优选被这样地选择，使得它这样程度地挤入到粘接条中，使得实现粘接条的粘接剂的材料的最大程度的变形并且能够实现在传感器壳体内部的两个腔之间的密封。
通过按本发明建议的解决方案提供了在传感器元件和电子构件例如ASIC之间的特别简单且短的电连接。该简单且短的电连接提供了在电磁相容性、位置需求以及成本方面的优点。此外，通过按本发明建议的解决方案可以在电子构件和传感器元件之间的对介质密封的连接中得到由此形成的整个传感器的高抗废气性。另外以有利的方式得到通过至少两个键合连接的机械坚固的实施方式，这些键合连接通到一个表示印制导线的金属化装置上。通过粘接条的密封装置尤其是在键合部位的区域以外实现，使得键合部位不受机械载荷。
附图说明
在下面根据附图深入地描述本发明。其示出：
图1示出粘接条，该粘接条覆盖键合部位之间的用作印制导线的金属化装置，
图2示出部分地覆盖金属化装置的凝胶，
图3示出具有用于接收用作印制导线的金属化装置的凹部的基板的横截面，其中，凹部分别被基板材料的隔板相互分开，
图4以放大尺寸示出金属化装置的视图，
图5示出基板的完整视图，和
图6示出最终装配的具有一个施加在基板上的、覆盖凝胶以及粘接条的盖元件的传感器壳体。
具体实施方式
图1示出传感器壳体的基板，该传感器壳体包括传感器元件以及电子构件、例如ASIC。
仅示意地示出的传感器10例如是低压传感器，其中，在一个共同的基板14上不仅设置电子构件16例如ASIC而且设置遭受介质的传感器元件18。优选地，电子构件16和传感器元件18粘贴在传感器壳体12的基板14的平面60上。如由按照图1的视图可见，电子构件16和传感器元件18通过各个键合线26相互连接，电子构件可以例如是ASIC。键合线26接触印制导线20的相互对置的端部，这些印制导线可以例如通过金属化装置22得到。在用作印制导线20的金属化装置22的各个端部之间以及在键合线26之间构成距离，该距离在按照图1的视图中被一个居中地跨越各个用作印制导线20的金属化装置22的粘接条28覆盖。该粘接条28可以如在图1中所示具有横向于基板14的纵向延伸尺寸延伸的槽，盖元件44的密封插板50沉入到该槽中，稍后还要深入描述该槽。
由按照图1的视图得出，在传感器元件18之间的键合线26以及在电子构件16之间的键合线26分别接触用作印制导线20的金属化装置22的相互对置的端部。
图2示出，不仅在用作印制导线20的金属化装置22的一个端部上的第一键合部位32，而且向着传感器元件18延伸的键合线26可以被凝胶42覆盖。借助凝胶42在基板40的被加载介质的一侧40上不仅保护键合线26而且保护第一键合部位32免受介质影响，传感器元件18遭受介质。
优选地，传感器壳体12的基板14由塑料材料例如PPS、聚苯硫醚、热塑性塑料或PPA、聚邻苯二甲酰胺(同样是热塑性塑料)制成。作为制造方法尤其是提供塑料注射成型方法。
图3示出在优选作为粘接条粘贴的粘接材料的区域中基板的剖面。
如由图3可见，基板14在被粘接材料的粘接条28覆盖的区域中具有自由空间36。自由空间36相互通过基板14材料的隔板56分开。基板14材料的材料隔板56的隔板高度通过附图标记58标出。
在各个自由空间36中存在平台式的凸起，在这些凸起上例如可以粘贴起印制导线20功能的金属化装置22。用作印制导线20的金属化装置22可以例如通过热压印、嵌入(Einschallen)或通过塑料材料的包覆注射被施加。金属化装置22优选通过MID技术制造并且具有层结构，该层结构可以在顶面上例如包括金层，该金层施加在镍层上。
按照图1和2中的视图，粘接材料的粘接条28在各个用作印制导线20的金属化装置22的端部之间延伸。
在施加粘接条28结构的粘接材料时，粘接条28的材料流入到自由空间36中，使得用作印制导线20的金属化装置22也侧向地、即在其侧沿上(参见位置38)被粘接条28的粘接材料包围并且由此建立对介质密封的连接62，对介质密封的连接通过粘接条28的流动的粘接材料形成。由此在传感器壳体12的接收传感器元件18的区域和传感器壳体12的其余区域之间形成密封，构造为ASIC的电子构件16位于该其余区域中。
按照图4的视图以放大比例示出用作印制导线的金属化装置。
如由根据图4的视图可见，键合线26从遭受介质的传感器元件18延伸到起印制导线20功能的金属化装置22的一个端部，并且在该端部上在第一键合部位28上与用作印制导线20的金属化装置22电接触。
第二键合部位34位于用作印制导线20的金属化装置22的相对置的端部上，另一个键合线26从该第二键合部位延伸到在图4中未示出的电子构件16例如ASIC。由按照图4的视图得出，在键合线26和用作印制导线20的金属化装置22之间的键合部位32和34彼此相距这么远，使得在键合部位32和34之间保留用于施加粘接条28的足够位置。
用附图标记40表示传感器壳体12的基板14的遭受介质的一侧。
图5示出基板14的完整视图，其中，在该基板上一方面接收电子构件16并且另一方面接收传感器元件18。将电子构件16与传感器元件18连接的各个键合线26被粘接条28覆盖，位于印制导线20的金属化装置22上的键合部位32、34同样被覆盖，印制导线嵌入到基板14顶面上的凹部中。用附图标记42表示凝胶，该凝胶覆盖从第二键合部位32向传感器元件18延伸的键合线26的一半。
图6示出传感器壳体，其中盖元件与基板14接合。
按照图6的视图可得出，在盖元件44与基板14的接合状态中，密封插板50沉入到粘接材料的粘接条28的可塑性变形的材料中。当盖元件44底面上的密封插板沉入时，粘接条28的材料这样地变形，使得该材料流入并且挤入到自由空间36、38(参见按照图3的附图)中并且因此在粘接条28下方形成对介质密封的连接装置62。该对介质密封的连接装置居中地在基板14的平面60上形成腔46与另外的腔48，传感器元件18接收在该腔46中，电子构件16、例如构造为ASIC的电子构件位于该另外的腔48中。如在图3中所示，对介质密封的连接装置62通过以下方式提供，即在密封插板50沉入粘接条28中时可弹性变形的材料填满除了用作印制导线20的金属化装置22以外的自由空间36。
以该方式，介质不能在粘接条28下方从其中接收传感器元件18的腔44流入到其中设有电子构件16的腔48中。
另一方面为了提供电连接，其是坚固的并且此外通过凝胶42的挤压对于待感测的介质受保护。
可选地可如在根据图6的视图中所示，不仅键合线26而且第一键合部位32被凝胶42保护，它们位于腔46内部，在腔内接收传感器元件18。通过按照图3中的视图的对介质密封的连接装置62，阻止了介质流入到其中设有较敏感的电子构件16的室48中。由于基本上横向于传感器壳体12的基板14的纵向延伸尺寸延伸的粘接条28的粘接材料的弹性，此外实现了传感器10的传感器壳体12的尺寸和安装公差的补偿。盖元件44底面上的密封插板50的尺寸优选被这样地确定，即密封插板以这样的程度挤入到粘接条28的粘接材料中，使得实现粘接条28的可弹性变形的粘接材料的优化流动。
通过按本发明建议的解决方案，尤其是如借助图1至6描述那样，在传感器元件18和电子构件16之间实现简单且短的电连接24。该电连接的缩短在电磁相容性以及所需的空间需求方面以及在制造成本方面提供优点。通过按本发明建议的解决方案实现了传感器壳体12内部的对介质密封的连接62，这支持CiH设计(chip-in-Housing)，因为在建立电连接期间能够实现在用于接收遭受介质的传感器元件18的腔46和其中接收有明显更敏感的电子构件16的腔48之间的密封。由此得到传感器10相对于介质尤其是废气的增加的耐废气性。按本发明建议的解决方案最后以其机械坚固的通过仅两个在键合部位32和34上的键合连接的设计方案为特点，这些键合部位在用作印制导线20的金属化装置22上导向。另外，通过粘接条28的粘接材料在键合部位32、34所在的区域外部实现密封，键合部位在条形构成的用作印制导线22的金属化装置22的端部上。

Claims (9)

1.传感器(10)，具有传感器壳体(12)、接收在一个腔(46)中的传感器元件(18)和接收在一个另外的腔(48)中的电子构件(16)，所述电子构件和所述传感器元件通过至少一个电连接装置(20，22，24)相互连接，其中，在所述腔(46)与所述另外的腔(48)之间设有对介质密封的密封装置，及在所述至少一个电连接装置(20，22，24)的键合线(26)的两个键合部位(32，34)之间设置表示该对介质密封的密封装置的粘接剂(28)，其特征在于，所述两个键合部位(32，34)被设置在一个用作印制导线(20)的金属化装置(22)的相互对置的端部上，所述至少一个电连接装置(20，22，24)包括至少一个用作印制导线的金属化装置(22)，其中，所述至少一个用作印制导线(20)的金属化装置(22)在由基板(14)的材料构成的隔板(56)之间被嵌入到所述基板(14)中，使得在所述用作印制导线(20)的金属化装置(22)和所述隔板(56)的旁边在所述基板(14)中构成自由空间(36，38)，及所述粘接剂(28)被设置在所述用作印制导线(20)的金属化装置(22)上并且所述自由空间(36，38)借助所述粘接剂(28)的材料填充。
2.根据权利要求1的传感器，其特征在于，所述至少一个用作印制导线的金属化装置(22)以MID技术实施。
3.根据权利要求2的传感器，其特征在于，所述金属化装置(22)包括Au层和/或镍底。
4.根据权利要求1的传感器，其特征在于，所述电连接装置(20，22，24)包括印制导线(20)，所述印制导线热压印、嵌入到所述传感器壳体(12)的基板(14)中或者被所述基板(14)的塑料材料包覆注射。
5.根据权利要求1的传感器，其特征在于，所述粘接剂(28)在所述基板(14)中的所述至少一个金属化装置(22)和所述传感器壳体(12)的盖元件(44)之间形成对介质密封的连接装置(62)。
6.根据权利要求1的传感器，其特征在于，在所述基板(14)的介质侧(40)上施加凝胶(42)，所述凝胶至少部分地覆盖所述电连接装置(20，22，24)。
7.根据权利要求6的传感器，其特征在于，所述凝胶至少部分地覆盖所述键合部位(32，34)和所述键合线(26)。
8.用于制造具有传感器壳体(12)的传感器(10)的方法，所述传感器壳体包括接收在一个腔(46)中的传感器元件(18)和接收在一个另外的腔(48)中的电子构件(16)，所述电子构件和所述传感器元件通过至少一个电连接装置(20，22，24)相互连接，所述至少一个电连接装置(20，22，24)包括至少一个用作印制导线(20)的金属化装置(22)，所述方法包括以下方法步骤：
a)将用作印制导线(20)的金属化装置(22)设置在所述传感器壳体(12)的基板(14)的平面侧(60)上，所述用作印制导线(20)的金属化装置(22)在由基板(14)的材料构成的隔板(56)之间被嵌入到所述基板(14)中，使得在所述用作印制导线(20)的金属化装置(22)和所述隔板(56)的旁边在所述基板(14)中构成自由空间(36，38)，
b)在所述用作印制导线(20)的金属化装置(22)的相互对置的端部上产生用于键合线(26)的键合部位(32，34)，
c)将粘接剂(28)在所述键合部位(32，34)之间施加到所述用作印制导线(20)的金属化装置(22)上，和
d)通过使所述粘接剂(28，38)流入自由空间(36，38)中而使所述自由空间(36，38)借助所述粘接剂(28)的材料填充并且在所述传感器壳体(12)的两个腔(46，48)之间形成对介质密封的密封装置。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，以MID技术产生按照方法步骤a)的所述金属化装置(22)并且在盖元件(44)的密封插板(50)沉入到所述粘接剂(28)中时在所述基板(14)和所述盖元件(44)之间形成对介质密封的连接装置(62)。
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