DE102004031317A1 - Gassensormodul und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Gassensormodul und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE102004031317A1
DE102004031317A1 DE102004031317A DE102004031317A DE102004031317A1 DE 102004031317 A1 DE102004031317 A1 DE 102004031317A1 DE 102004031317 A DE102004031317 A DE 102004031317A DE 102004031317 A DE102004031317 A DE 102004031317A DE 102004031317 A1 DE102004031317 A1 DE 102004031317A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas sensor
chip
housing body
filter
sensor module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102004031317A
Other languages
English (en)
Inventor
Ronny Ludwig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102004031317A priority Critical patent/DE102004031317A1/de
Priority to KR1020050056020A priority patent/KR101000678B1/ko
Publication of DE102004031317A1 publication Critical patent/DE102004031317A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/6888—Thermoelectric elements, e.g. thermocouples, thermopiles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/128—Microapparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/004—CO or CO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161—Cap
    • H01L2924/162—Disposition
    • H01L2924/16235—Connecting to a semiconductor or solid-state bodies, i.e. cap-to-chip
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gassensormodul, das mindestens aufweist: DOLLAR A einen spektroskopischen Gassensor (1) mit einem eine infrarot-sensitive Messstruktur (7) aufweisenden Sensorchip (2) und einem auf diesem vakuumdicht befestigten Kappenchip (4), DOLLAR A einen Leadframe (22) mit Anschlusspins (21) und Kontaktpads (24), die mit Kontaktpads (14) des Gassensors (1) kontaktiert sind, DOLLAR A einen auf dem Kappenchip (4) oberhalb der Messstruktur (7) befestigten Filterchip (30) und DOLLAR A einen Gehäusekörper (23) aus einem gespritzten, für Infrarot-Strahlung zumindest weitgehend intransparenten Gehäusematerial, in den der Gassensor (1), der Leadframe (22) und der Filterchip (30) eingespritzt sind, DOLLAR A wobei die Anschlusspins (21) aus dem Gehäusekörper (23) herausragen, eine Oberseite (31) des Filterchips (30) an der Oberseite (23a) des Gehäusekörpers (23) freiliegt und die Seitenflächen (33) des Filterchips (30) von dem Gehäusematerial bedeckt sind. DOLLAR A Hierdurch wird eine einfache, kostengünstige Herstellung und ein freier optischer Zugang zu dem Filterchip und der Messstruktur bei guter Abschirmung von Streustrahlung erreicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gassensormodul zur spektroskopischen Messung mindestens einer Gaskonzentration und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Gassensormoduls.
  • Spektroskopische Gassensoren werden insbesondere im Automobilbereich zur Messung der CO2-Konzentration der Umgebungsluft eingesetzt, um die Qualität der Umgebungsluft zu prüfen oder eine Leckage einer mit CO2 betriebenen Klimaanlage zu detektieren. Der Gassensor ist im allgemeinen in einem Gehäuse aufgenommenen und weist einen in Oberflächen-Mikromechanik hergestellten Sensorchip mit einer infrarot-sensitiven Messstruktur auf, die eine oberhalb einer Kaverne ausgebildete Membran mit einer Thermopile-Struktur aus kontaktierten Leiterbahnen und eine Infrarot-Strahlung absorbierende Absorberschicht aufweist. Bei Absorption von Infrarotstrahlung erwärmt sich die Absorberschicht und ermöglicht die Messung einer Thermospannung an der Thermopile-Struktur. Der Sensorchip ist nach oben durch einen Kappenchip mit einer Kaverne, welcher im mittleren IR-Bereich transparent ist, abgedeckt, die die Messstruktur vakuumdicht nach außen abschließt. Oberhalb des Gassensors ist ein Filterchip zur selektiven Filterung eines Infrarot-Wellenlängenbereichs vorgesehen; im Allgemeinen werden hierbei zweikanalige Gassensormodule mit zwei derartigen Messstrukturen und unterschiedlichen, selektiv filternden Filterchips vorgesehen, um Messungen in einem von der betreffenden Gaskonzentration absorbierten Wellenlängenbereich und einem Referenzwellenlängenbereich zu ermöglichen, diese vergleichen und Signaldriften kompensieren zu können.
  • Für eine genaue Messung mit hoher Sensitivität sollte hierbei nur die Absorberschicht die IR-Strahlung empfangen; falls IR-Strahlung auch auf die äußeren Enden der Leiterbahnen der Thermopile-Struktur außerhalb der Membran einfällt, kann dies zu einer ungewollten Erwärmung der kalten Enden der Thermopile-Struktur und somit einer Herabsetzung der Auflösung und Messgenauigkeit führen.
  • Als Gehäuse für Gassensoren sind unter anderem Metallgehäuse, sogenannte TO-Gehäuse, bekannt und verfügbar, in die in Bulk-Mikromechanik hergestellte Gassensoren ohne Kappenchip eingesetzt werden, woraufhin sie nachfolgend mit einem Deckel mit Blendenöffnungen verschlossen werden. Die Strahlungsfilter werden hierbei im Allgemeinen in dem Deckel verklebt. Um ausreichende Strahlungsleistung in den Gassensor bzw. an die Sensorchips zu bekommen und um die Filterchips in hierfür vorgesehene Öffnungen der Kappe kleben zu können, müssen die Filterchips einen hinreichenden Kleberand aufweisen und daher groß dimensioniert sein, weshalb sie in der Herstellung sehr kostspielig sind. Die bedingt durch die Bulk-Mikromechanik offene, aus Thermopile-Elementen bestehende Messstruktur auf den Chips ermöglicht keine direkte Passivierung der Bonddrähte für die Kontaktierung in dem Gehäuse. Durch die Klebeverbindung der Filterchips in dem Deckel sind die Gehäuse nicht hermetisch dicht, was die Tauglichkeit insbesondere für Automobilanwendungen mit entsprechender Belastung durch Betauung, Korrosion an Chipbondpads, großen Temperaturbereichen usw. beeinträchtigt.
  • Weiterhin sind vollständig umspritzte bzw. gemoldete Sensormodule insbesondere für in Oberflächen-Mikromechanik hergestellte Beschleunigungssensoren bekannt. Hierbei wird das Sensorelement auf einen Trägerstreifen bzw. Leadframe befestigt, z. B. geklebt oder gelötet. Durch Drahtbonds bzw. Drahtverbindungen wird ein elektrischer Kontakt zu den Anschlusspins bzw. Anschlussbeinchen des Leadframes hergestellt. Danach wird der Leadframe mit dem befestigten Sensor mit einem Mold-Compound bzw. Moldmaterial – im Allgemeinen einer Kunststoffmasse – umspritzt bzw. gemoldet.
  • Da Moldmaterialien für optische Sensoren im interessanten Wellenbereich, z. B. für IR-Strahlung im Bereich größer/gleich 4.000 nm, nicht oder auf Dauer nicht ausreichend transparent sind, ist jedoch kein sicherer optischer Zugang zum Sensor vorhanden. Ein optischer Zugang zu einem Gassensor in dem gemoldeten Gehäusekörper kann grundsätzlich durch Moldgehäuse mit einer Kavität auf der Chipoberfläche erfolgen, wie sie z. B. aus US 5,897,338 bekannt sind. Bei derartigen Gehäusen können Mindestkavitäten von 2 mm2 auf Chips in Standardchiphöhe erzeugt werden. Wird eine maximale Chiphöhe, z. B. durch einen Stapelchip-Aufbau bzw. Stacked-Chip-Aufbau, überschritten, kann diese Kavität nicht mehr erzeugt werden.
    •
  • Das erfindungsgemäße Gassensormodul und das Verfahren zu seiner Herstellung weisen demgegenüber insbesondere den Vorteil auf, dass eine einfache und kostengünstige Herstellung, ein freier optischer Zugang zu dem Filterchip und der Messstruktur und eine sichere Abschirmung der weiteren Bereiche des Gassensors, insbesondere eine Abschirmung gegenüber unerwünschter Streustrahlung, erreicht wird.
  • Erfindungsgemäß wird der Filterchip direkt z.B. mittels eines für IR-Strahlung transparenten Klebstoffs auf dem Kappenchip befestigt und in das Moldmaterial des Gehäusekörpers eingemoldet. Seine Oberseite liegt hierbei an der Oberseite des Gehäusekörpers frei, so dass ein freier optischer Zugang von oben durch den Filterchip, die transparente Klebstoffschicht und den Kappenchip zu der Messstruktur möglich ist. Das Moldmaterial des Gehäusekörpers wirkt hierbei abschirmend bzw. als Blende, die einen ungewollten Einfall von IR-Strahlung in weitere Bereiche des Gassensors verhindert. Die Filtergröße kann an die Größe der Absorberschicht auf der Thermopile-Struktur angepasst werden. Da auf Waferebene eine genaue Positionierung der Filterchips auf den Kappenchips oberhalb der Absorberschicht möglich ist, kann durch das für Infrarot-Strahlung nicht transparente Moldmaterial des Gehäusekörpers eine sichere Blendenfunktion erreicht werden. Ein Eintreten der Strahlung wird lediglich durch die Filterfläche in den Chip zugelassen. Das Eintreten von z. B. Streustrahlung wird durch die direkte Anbindung des Filterchips in das Moldmaterial sicher verhindert. Da die Seitenflächen des Filterchips im Allgemeinen keine Filterschichten tragen, wird durch das erfindungsgemäße Einspritzen bzw. Molden der Filterchips mit ihren Seitenflächen bis zu ihrer Oberseite das Eindringen von Streustrahlung gegenüber herkömmlichen Systemen deutlich verbessert. Ergänzend kann auf dem Kappenchip eine Blendenschicht, insbesondere aus Metall, z. B. Aluminium, ausgebildet sein, falls z.B. das verwendete Moldmaterial nicht vollständig infrarot-intransparent ist.
  • Indem der Filterchip direkt auf die Oberseite des Kappenchips geklebt wird, entsteht zwischen Filterchip und Kappenchip kein zusätzlicher mit Luft oder Vakuum gefüllter Zwischenraum, der zu Reflexionen oder Mehrfachreflexion an den Grenzflächen führen könnte.
  • Die Herstellung kann kostengünstig ohne wesentlichen Mehraufwand gegenüber herkömmlichen gemoldeten Gehäusen erfolgen, indem beim Molden, anders als z.B. in US 5,897,338 , das Moldwerkzeug, z. B. mit einer Dichtung an der planen Oberseite der Moldkavität ohne Verwendung eines Stempels, die Oberseite der Filterchips abdichtet und nach dem Molden des Gehäusekörpers entfernt wird.
  • Erfindungsgemäß kann die Oberseite des Gehäusekörpers daher eben ausgebildet sein oder oberhalb des Filterchips eine leichte Kavität als Abdruck der auf die Oberseite des Filterchips gesetzten Abdichtung des Moldwerkzeuges aufweisen, wobei die Kavität für die Funktionalität jedoch nicht wesentlich ist. Vorteilhafterweise schließt die Oberseite des Filterchips bündig mit der Oberseite des Gehäusekörpers ab.
  • Erfindungsgemäß definiert somit der Filterchip selbst den optischen Zugang und seine Apertur zu dem Gassensor mit dem mindestens einen Sen sorchip bzw. Thermopile-Chip. Der als Chip-Stapel ausgebildete Gassensor kann vorteilhafterweise in einer herkömmlichen Montage auf einem Diepad aufgenommen werden, dessen Position am Leadframe so gewählt ist, dass die Filterchipoberfläche in der gleichen Höhe wie die gemoldete Gehäuseoberfläche liegt.
  • Die Gassensoren können mitsamt dem aufgeklebtem Filterchip bzw. mehreren Filterchips auf einem Leadframe-Streifen aus Metall befestigt, z. B. gelötet oder verklebt, und mit dem Gehäusekörper umspritzt werden, so dass die Gassensormodule nachfolgend direkt aus dem Leadframe-Streifen durch Vereinzelung gewonnen werden können.
  • Es ergibt sich eine JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council)-Norm kompatible Gehäuseform, z. B. auf SOIC (Small outline integrated circuit)-Basis, die ein sehr flaches und platzsparendes Gehäuse ermöglicht. Das fertige Gehäuse kann einfach und kostengünstig, vorzugsweise im Weltstandard, auf Leiterplatten bestückt werden.
  • Sämtliche im Gassensormodul vorgesehenen Bondverbindungen, sowohl Drahtbonds als auch Chipklebeverbindungen, sind durch das Moldmaterial gut passiviert. Durch eine Anbindung des Diepads des Leadframes über einen Anschlusspin an die elektrische Masse wird ein guter EMV-Schutz gewährleistet. Das Gehäuse ist insbesondere automotiv-tauglich und robust.
  • Es können erfindungsgemäß sehr kleine und demzufolge kostengünstige Filterchips verwendet werden. Erfindungsgemäß können hierbei sowohl zwei einkanalige Gassensoren, d. h. Sensorchips mit jeweils einer Messstruktur und einem Kappenchip, als auch zweikanalige Gassensoren aus einem Sensorchip mit zwei Messstrukturen und einem oder zwei Kappenchips sowie Filterchips verwendet werden; in beiden Fällen kann der eine Chip-Stapel bzw. können die beiden Chip-Stapel auf einem gemeinsamen Diepad befestigt und nachfolgend gemoldet werden.
  • Da die Filterchips in der geeigneten Abmessung direkt auf dem Kappenchip befestigt werden, sind keine zusätzlichen Kleberänder oder Toleranzen bei Anbringung an einer Kappe bzw. eines Deckels zu berücksichtigen, so dass die Dimensionierung des Filterchips bzw. der Filterchips sehr klein und somit kostengünstig gewählt werden kann.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt eines als Chip-Stapel ausgebildeten spektroskopischen Gassensors;
  • 2 einen Querschnitt durch ein Gassensormodul mit dem Gassensor der 1, einem Filterchip, einem Leadframe und einem Moldgehäuse;
  • 3a einen partiellen Längsschnitt durch das Gassensormodul aus 2;
  • 3b einen der 3a entsprechenden partiellen Längsschnitt durch ein Gassensormodul einer weiteren Ausführungsform;
  • 4a einen Horizontalschnitt durch ein Gassensormodul gemäß 2 mit zwei einkanaligen Gassensoren;
  • 4b einen Längsschnitt durch das Gassensormodul der 4a;
  • 5 eine Draufsicht auf das Gassensormodul der 4a, 4b; im gemoldeten Zustand;
  • 6 einen Querschnitt durch ein Gassensormodul gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einer auf dem Kappenchip aufgebrachten, strukturierten Blendenschicht;
  • 7 einen Horizontalschnitt durch das Gassensormodul aus 6;
  • 8a einen Horizontalschnitt durch ein Gassensormodul gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einem zweikanaligen Sensorchip;
  • 8b einen Längsschnitt durch das Gassensormodul der 8a;
  • 9 eine Draufsicht auf das Gassensormodul der 8a, 8b; im gemoldeten Zustand;
  • 10 einen Horizontalschnitt durch ein Gassensormodul einer weiteren Ausführungsform mit gegenüber den 8, 9 zusätzlich auf dem Kappenchip aufgebrachter, strukturierter Blendenschicht.
  • Ein Gassensor 1 ist gemäß 1 als Chip-Stapel mit einem Sensorchip 2 und einem auf dem Sensorchip 2 in vakuumdichter Sealglasverbindung 3 befestigten Kappenchip 4 aufgebaut. Auf der Oberseite des Sensorchips 2 ist in Oberflächen-Mikromechanik eine Membran 5 ausgebildet, die mit einer Kaverne 6 unterätzt ist. Zur Ausbildung der Kaverne 6 können in der Membran 5 hier nicht weiter relevante Perforationslöcher ausgebildet sein, durch die ein Ätzgas, z. B. CIF3, zugeführt wird. Auf der Membran 5 ist eine Messstruktur 7 ausgebildet, die eine Thermopile-Struktur 9 mit mindestens zwei kontaktierten Leiterbahnen aus unterschiedlichen, elektrisch leitfä higen Materialien, z. B. polykristallinem Silizium und einem Metall, z. B. Aluminium, aufweist. Auf der Thermopile-Struktur 9 ist eine Absorberschicht 10, z. B. mit einem Rutheniumoxid, aufgetragen. Der Kappenchip 4 weist an seiner Unterseite eine Kaverne 12 auf, die einen Sensorraum bildet, in dem die Absorberschicht 10 und die Thermopile-Struktur 9 aufgenommen sind. Die Kaverne 12 enthält ein Vakuum und ist gegenüber einem Außenraum durch die Sealglas-Verbindungen 3 vakuumdicht abgedichtet. Die Leiterbahnen der Thermopile-Struktur 9 enden in Bondpads 14 außerhalb der Kaverne 12. Infrarot-Strahlung kann somit durch den Kappen-Chip 4 in die Kaverne 12 eintreten und auf die Absorberschicht 10 gelangen, in der sie unter Erwärmung absorbiert wird. Die Erwärmung der unter der Absorberschicht 10 liegenden Thermopile-Struktur 9 kann als Thermospannung an den Bondpads 14 ausgelesen werden. Bei einer einkanaligen Ausbildung weist der Gassensor 1 auf dem Sensorchip 2 lediglich eine Messstruktur 7 auf; bei einer zweikanaligen Ausbildung weist er zwei Messstrukturen 7 mit jeweils einer Thermopile-Struktur 9 und Absorberschicht 10 auf.
  • Der mikromechanische Gassensor 1 aus 1 ist erfindungsgemäß in einem Gassensor-Modul 16 aufgenommen, von dem die 2 bis 10 unterschiedliche Ausführungsformen zeigen. Gemäß 2, 3a ist der Gassensor 1 ist mittels einer Klebstoffschicht 19 auf einen Diepad 20 geklebt, der. Der Diepad 20 und gebogene Anschlusspins 21 sind Teile eines Leadframes 22. Innere Bereiche der Anschlusspins 21 dienen hierbei als Bondpads 24, die mit den Bondpads 14 des Gassensors 1 über Drahtbonds 26 kontaktiert sind, so dass die an der Thermopile-Struktur 9 ermittelte Thermospannung über die Anschlusspins 21 ausgelesen werden kann. Das Diepad 20 mit dem aufgenommenen Gassensor 1 ist in einen Gehäusekörper 23 aus einem Moldmaterial, z. B. einem Kunststoff oder Mold-Compound, eingespritzt bzw. eingemoldet. Die Anschlusspins 21 sind mit ihren Bondpads 24 eingemoldet und ragen seitlich aus dem Gehäusekörper 23 heraus.
  • Auf dem Kappenchip 4 ist über eine für IR-Strahlung transparente Kleb stoffschicht 29 ein Filterchip 30 direkt und ohne Zwischenraum aufgeklebt, wobei seine Oberseite 31 an der Oberseite 23a des Gehäusekörpers 23 frei liegt. Gemäß der Ausführungsform der 2 und 3a liegt die Oberseite 31 an einer in der Oberseite 23a ausgebildeten flachen Kavität 32, die sich als Werkzeugabdruck bzw. Dichtungsabdruck eines Moldwerkzeuges ergibt, das beim Molden in die Moldform bzw. Moldkavität eingesetzt wird. Das Moldwerkzeug – z. B. mit einer einfachen Dichtung an der Oberseite der Moldkavität, welche an die Oberseite 31 des Filterchips 30 angelegt wird – stellt hierbei sicher, dass beim Einmolden des Gassensors 1 kein Moldmaterial auf die Oberseite 31 des Filterchips 30 gelangt. Gemäß der Ausführungsform der 3b kann der Gehäusekörper 23 grundsätzlich auch mit einer glatten Oberseite 23a ohne Kavität 32 oder Dichtungsabdruck bei entsprechender Gestaltung des Moldwerkzeuges ausgebildet werden.
  • Bei der Ausführungsform der 4a, 4b, 5 sind auf dem strukturierten Diepad 20 zwei einkanalige Gassensoren 1a, 1b entsprechend dem Gassensor 1 aus 1 angebracht und gemäß der Ausführungsform der 2 mit Anschlusspins 21 kontaktiert. Der Diepad 20 ist hierbei zum besseren Toleranzausgleich beim Molden geteilt. Die Gassensoren 1a und 1b sind vom Aufbau zunächst identisch und lediglich zur besseren Kontaktierung spiegelsymmetrisch angeordnet. Auf ihnen sind Filterchips 30a, 30b zur Filterung von IR-Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen befestigt, wobei der Gassensor 1a zur Messung der IR-Absorption in einem für z. B. CO2 relevanten Wellenlängenbereich und der Gassensor 1b zur Messung in einem Referenzwellenlängenbereich dient. Alternativ zu der Ausbildung gemäß 4a, 4b, 5 können die Filterchips 30a, 30b auch ohne Kavität 32 an die Oberseite 23a des Gehäusekörpers 23 angrenzen.
  • Das Moldmaterial des Gehäusekörpers 23 dient als optische Blende, die IR-Strahlung lediglich in die an die Gehäuseoberseite 23a grenzende Oberseite 31 der Filterchips 30a, b durchlässt. Gemäß der Ausführungsform der 6, 7 kann ergänzend eine weitere optische Blende vorgesehen sein. Diese kann insbesondere als strukturierte Blendenschicht 34, z. B. aus Aluminium, mit einer Blendenöffnung 35 auf der Oberseite des Kappenchips 4 des Gassensors 1 ausgebildet sein. Die Blendenschicht 34 wird auf der Oberseite des Kappenchips 4 ausgebildet, bevor der Filterchip 30 mittels der Klebstoffschicht 29 befestigt wird.
  • Anstatt zweier einkanaliger Gassensoren, wie es in der Ausführungsform der 4a, 4b bis 7 gezeigt ist, kann gemäß 8a, 8b, 9 und 10 auch ein zweikanaliger Gassensor 36 auf dem Diepad 20 angebracht und in den Gehäusekörper 23 eingemoldet sein. Der Aufbau des zweikanaligen Gassensors 36 entspricht im Wesentlichen demjenigen des Gassensors 1 aus 1; hierbei sind in dem Sensorchip 39 zwei Messstrukturen 7 mit jeweils einer Membran 5 entsprechend dem Aufbau der 1 ausgebildet und in dem Kappenchip 40 zwei Kavernen 12 entsprechend 1 ausgebildet. Die Filterchips 30a, 30b sind auf dem Kappenchip 40 oberhalb der Messstrukturen 7 befestigt. Hierbei kann in der Oberseite 23a des Gehäusekörpers 23 wiederum eine flache Kavität 32 ausgebildet sein, wie in 8b gezeigt; alternativ hierzu ist auch eine ebene Ausbildung der Oberfläche 23a entsprechend 3b möglich. Die Messstrukturen 7 und entsprechend die Filterchips 30a, 30b können bei der Ausführungsform der 8a, 8b, 9 enger zusammenliegen als bei der Ausführungsform der 4a, 4b, 5, so dass ein kompakterer Aufbau möglich ist. Weiterhin wird durch die Verwendung eines gemeinsamen Sensorchips und Kappenchips eine engere thermische Kopplung erreicht.
  • Auch bei Verwendung eines zweikanaligen Gassensors 36 kann entsprechend der Ausführungsform der 6, 7 zusätzlich zu dem Gehäusematerial eine optische Blendenschicht 44 aus z. B. Aluminium mit einer Blendenöffnung 45 auf dem Kappenchip 40 aufgetragen sein; eine derartige Ausbildung ist in 10 als Horizontalschnitt ohne die Filterchips gezeigt.

Claims (13)

  1. Gassensormodul, das mindestens aufweist: einen spektroskopischen Gassensor (1, 36) mit einem Sensorchip (2, 39) und einem auf dem Sensorchip (2, 39) vakuumdicht befestigten Kappenchip (4, 40), wobei auf dem Sensorchip (2, 39) eine infrarot-sensitive Messstruktur (7) ausgebildet ist, einen Leadframe (22) mit Anschlusspins (21) und Kontaktpads (24), die mit Kontaktpads (14) des Gassensors (1, 36) kontaktiert sind, mindestens einen Filterchip (30, 30a, b), der auf dem Kappenchip (4, 40) oberhalb der Messstruktur (7) befestigt ist, und einen Gehäusekörper (23) aus einem gespritzten, für Infrarot-Strahlung zumindest weitgehend intransparenten Gehäusematerial, in den der Gassensor (1, 36), der Leadframe (22) und der Filterchip (30, 30a, b) eingespritzt sind, wobei die Anschlusspins (21) des Leadframes (22) aus dem Gehäusekörper (23) herausragen, wobei eine Oberseite (31) des Filterchips (30, 30a, b) an der Oberseite (23a) des Gehäusekörpers (23) frei liegt und die Seitenflächen (33) des Filterchips (30, 30a, b) von dem Gehäusematerial bedeckt sind.
  2. Gassensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur des Gassensormoduls (16) durch die laterale Größe der Filterchips (30, 30a, b) bestimmt ist.
  3. Gassensormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (31) des Filterchips (30, 30a, b) in einer Kavität (32) der Oberseite (23a) des Gehäusekörpers (23) frei liegt.
  4. Gassensormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (23a) des Gehäusekörpers (23) eben ausgebildet ist und die Oberseite (31) des Filterchips (30, 30a, b) bündig mit der ebenen Oberseite (23a) des Gehäusekörpers (23) abschließt.
  5. Gassensormodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leadframe (22) einen in den Gehäusekörper (23) eingemoldeten Diepad (20) aufweist, auf dem der Gassensor (1, 36) befestigt ist.
  6. Gassensormodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktpads (14) des Gassensors (1, 36) und die Kontaktpads (24) des Leadframes (22) Bondpads (14, 24) sind, die miteinander über in den Gehäusekörper (23) eingespritzte Drahtbonds (26) verbunden sind.
  7. Gassensormodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäusekörper (23) zwei Gassensoren (1a, 1b) für eine Messwellenlänge und eine Referenzwellenlänge eingespritzt sind und auf den Kappenchips (40a, b) der Gassensoren (1a, 1b) Filterchips (30a, 30b) für die beiden Wellenlängen vorgesehen sind, die mit ihren Seitenflächen (33) in den Gehäusekörper (23) eingespritzt sind und mit ihren Oberseiten (31) frei liegen.
  8. Gassensormodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gassensoren (1a, 1b) auf einem gemeinsamen Diepad (20) angebracht sind, das für ein Toleranzausgleich beim Spritzvorgang unterteilt ist.
  9. Gassensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweikanaliger Gassensor (36) mit einem Sensorchip (39) mit zwei Messstrukturen (7) und einem die Messstrukturen (7) abdeckenden Kappenchip (40) vorgesehen ist, wobei oberhalb der Messstrukturen (7) zwei Filterchips (30a, 30b) für eine Messwellenlänge und eine Referenzwellenlänge vorgesehen sind, die mit ihren Seitenflächen (33) in den Gehäusekörper (23) eingespritzt sind und mit ihren Oberseiten (31) frei liegen.
  10. Gassensormodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mindestens einen Kappenchip (4, 40) eine strukturierte, für Infrarot-Strahlung zumindest weitgehend intransparente Blendenschicht (34, 44) aufgebracht ist, die Blendenöffnungen (35, 45) aufweist, oberhalb von denen die Filterchips (30a, 30b) befestigt sind.
  11. Gassensormodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterchip (30, 30a, b) auf der Oberseite des Kappenchips (4, 40) mittels einer infrarot-transparenten Klebstoffschicht (29) zwischenraumfrei befestigt ist.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Gassensormoduls (16), mit mindestens folgenden Schritten: Herstellen mindestens eines Gassensors (1, 36) mit einem Sensorchip (2, 36), der an seiner Oberseite eine infrarot-sensitive Messstruktur (7) aufweist, und einem auf dem Sensorchip (2, 39) vakuumdicht befestigten, die mindestens eine Messstruktur (7) abdeckenden Kappenchip (4, 40), Befestigen mindestens eines Filterchips (30, 30a, b) zum Filtern von IR-Strahlung eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs auf dem Kappenchip (4, 40) mittels einer infrarot-transparenten Klebstoffschicht (29) oberhalb der Messstruktur (7), Befestigen des Gassensors (1, 36) auf einem Leadframe (22) und Kontaktieren von Kontaktpads (14) des Gassensors (1, 36) mit Kontaktpads (24) des Leadframes (22), Einspritzen des Gassensors (1, 36), des Filterchips (30, 30a, b) und des Leadframes (22) in einen Gehäusekörper (23) aus einem für Infrarot-Strahlung zumindest weitgehend intransparentem Gehäusematerial derartig, dass der Leadframe (22) teilweise eingemoldet ist, Anschlusspins (21) des Leadframes (22) aus dem Gehäusekörper (23) herausragen, Seitenflächen (33) des Filterchips (30, 30a, b) in dem Gehäusekörper (23) aufgenommen sind und eine Oberseite (31) des Filterchips (30, 30a, b) an der Oberseite (23a) des Gehäusekörpers (23) frei liegt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Moldwerkzeug abdichtend auf die Oberseite (31) des mindestens einen Filterchips (30, 30a, b) gelegt und nach dem Einspritzten des Gehäusekörpers (23) wieder entfernt wird.
DE102004031317A 2004-06-29 2004-06-29 Gassensormodul und Verfahren zu seiner Herstellung Ceased DE102004031317A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004031317A DE102004031317A1 (de) 2004-06-29 2004-06-29 Gassensormodul und Verfahren zu seiner Herstellung
KR1020050056020A KR101000678B1 (ko) 2004-06-29 2005-06-28 가스 센서 모듈 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004031317A DE102004031317A1 (de) 2004-06-29 2004-06-29 Gassensormodul und Verfahren zu seiner Herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102004031317A1 true DE102004031317A1 (de) 2006-01-19

Family

ID=35508020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004031317A Ceased DE102004031317A1 (de) 2004-06-29 2004-06-29 Gassensormodul und Verfahren zu seiner Herstellung

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101000678B1 (de)
DE (1) DE102004031317A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101408514B (zh) * 2008-09-04 2010-08-18 上海交通大学 基于气体放电光谱分析的气体传感器及其检测气体的方法
CN101349665B (zh) * 2008-09-04 2011-06-08 上海交通大学 吸附与电离互补增强的气体传感器
EP2803961A3 (de) * 2013-05-14 2015-02-25 Micro-Hybrid Electronic GmbH Hermetisch gasdichtes optoelektronisches oder elektrooptisches Bauteil sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1003315C2 (nl) 1996-06-11 1997-12-17 Europ Semiconductor Assembly E Werkwijze voor het inkapselen van een geïntegreerde halfgeleiderschake- ling.
AT410727B (de) 2000-03-14 2003-07-25 Austria Mikrosysteme Int Verfahren zum unterbringen von sensoren in einem gehäuse
JP3743394B2 (ja) 2002-05-31 2006-02-08 株式会社村田製作所 赤外線センサおよびそれを用いた電子装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101408514B (zh) * 2008-09-04 2010-08-18 上海交通大学 基于气体放电光谱分析的气体传感器及其检测气体的方法
CN101349665B (zh) * 2008-09-04 2011-06-08 上海交通大学 吸附与电离互补增强的气体传感器
EP2803961A3 (de) * 2013-05-14 2015-02-25 Micro-Hybrid Electronic GmbH Hermetisch gasdichtes optoelektronisches oder elektrooptisches Bauteil sowie Verfahren zu seiner Herstellung
US10845047B2 (en) 2013-05-14 2020-11-24 Micro-Hybrid Electronic Gmbh Hermetically gastight optoelectronic or electro-optical component and method for producing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101000678B1 (ko) 2010-12-10
KR20060048577A (ko) 2006-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE202014103947U1 (de) Gassensorbauteil
EP1917509A1 (de) Sensoranordnung mit einem substrat und mit einem gehäuse und verfahren zur herstellung einer sensoranordnung
DE19754616A1 (de) Halbleitersensorbauelement
EP3144656A1 (de) Drucksensorsystem
DE10054013A1 (de) Drucksensormodul
EP1639639B1 (de) Optische sensoranordnung und entsprechendes herstellungsverfahren
DE102004031316B3 (de) Gassensor-Modul zur spektroskopischen Messung einer Gaskonzentration
EP2959270A1 (de) Sensorsystem mit keramischem gehäuse
EP3140245B1 (de) Sensorbauelement mit zwei sensorfunktionen
DE19938868A1 (de) Sensoreinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung
WO2020025263A1 (de) Spektrometereinrichtung und verfahren zum herstellen einer spektrometereinrichtung
DE102004002163B4 (de) Gassensormodul und ein Verfahren zu seiner Herstellung
DE10318501A1 (de) Chipaufbau in einem Premold-Gehäuse
WO2006061274A1 (de) Chipmodul und verfahren zu dessen herstellung
US20050156109A1 (en) Radiation detector, sensor module having a radiation detector, and method for manufacturing a radiation detector
DE102005016008B4 (de) Bauelementemodul zur Anbringung auf einem Substrat
DE102004031317A1 (de) Gassensormodul und Verfahren zu seiner Herstellung
WO2006072492A1 (de) Gassensormodul
WO2004102139A1 (de) Infrarotsensor mit verbesserter strahlungsausbeute
EP3093633B1 (de) Vorrichtung zur gleichzeitigen bestimmung mehrerer unterschiedlicher stoffe und/oder stoffkonzentrationen
EP2223343B1 (de) Vorrichtung mit einer abgeschirmten sandwichstruktur zur detektion von wärmestrahlung und verwendung der vorrichtung
DE102004031318A1 (de) Premold-Gehäuse
WO2009106270A1 (de) Temperaturmesseinheit
EP1723406A1 (de) Mikrostrukturierter sensor
WO2006061073A1 (de) Integrierter mikrosensor und verfahren zur herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20110316

R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G01N0021350000

Ipc: G01N0021350400

Effective date: 20131205

R084 Declaration of willingness to licence
R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final