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Hintergrund der Erfindung
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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Drucksensoren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen verbesserten Drucksensor, welcher eine kompakte Größe und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist und eine hohe Genauigkeit beim Abtasten eines Drucks sicherstellt.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Herkömmlicher Weise wird Drahtbonden angewandt, um eine elektrische Verbindung für einen Drucksensor herzustellen.
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Beispielsweise enthält wie in 8 dargestellt einen Drucksensor 200, einen Sensorchip 102, einen integrierten Schaltungschip 103 und ein Substrat 100.
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Der Sensorchip 102 ist derart konfiguriert, dass ein Druck eines Fluids abgetastet und ein elektrisches Signal entsprechend dem abgetasteten Druck erzeugt wird. Der Sensorchip 102 ist mit der oberen Oberfläche eines Glassitzes 101 verbunden und auf dem Substrat 100 zusammen mit dem Glassitz 101 angeordnet.
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Der Schaltungschip 103 enthält eine Schaltung, welche derart konfiguriert ist, dass das von dem Schaltungschip 102 erzeugte elektrische Signal verarbeitet (beispielsweise verstärkt) wird, und ist ebenfalls auf dem Substrat 100 angeordnet.
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Bei dem obigen Drucksensor 200 wird Drahtbonden zur Bildung einer elektrischen Verbindung zwischen den unterschiedlichen Teilen des Drucksensors angewandt. Insbesondere besitzt der Sensorchip 102 eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktstellen 102a, welche aus Aluminium gebildet und elektrisch mit dem Substrat 100 durch einen Bonddraht 104 verbunden sind; der Schaltungschip 103 besitzt eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktstellen 103a, welche ebenfalls aus Aluminium gebildet und elektrisch mit dem Substrat 100 durch einen Bonddraht 105 verbunden sind. Als Ergebnis sind der Sensorchip 102 und der Schaltungschip 103 miteinander elektrisch verbunden.
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Jedoch sind bei der obigen Anordnung die elektrischen Kontaktstellen 102a und 103a des Sensorchips 102 und des Schaltungschips 103 einer Umgebung um den Drucksensor 200 herum ausgesetzt. Wenn die Umgebung korrodierend, beispielsweise eine saure Atmosphäre, ist, werden jene elektrische Kontaktstellen dementsprechend korrodiert, was zu einem elektrischen Verbindungsdefekt führt.
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Als Alternative offenbart die
JP 3 198 779 B2 , ein Äquivalent der
US 5 595 939 A , einen Drucksensor, welcher derart konfiguriert ist, dass ein Druck eines hochkorrodierenden Fluids abgetastet wird.
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Entsprechend der Offenbarung besitzt der Drucksensor eine Struktur, bei welcher ein Abtastelement mit Steckerstiften durch Drahtbonden verbunden ist, und sowohl das Abtastelement, als auch die Bonddrähte und Steckerstifte sind in Öl platziert und durch ein korrosionsbeständiges Metalldiaphragma versiegelt.
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Jedoch enthält bei einer derartigen Struktur der Drucksensor notwendigerweise das Metalldiaphragma, das Öl, einen O-Ring für den Verschluss, usw., was zu einer großen Schwierigkeit dahingehend führt, den Drucksensor kompakt auszubilden.
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Kurzfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnte Schwierigkeit gemacht.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Drucksensor bereitzustellen, welcher eine kompakte Größe und eine hohe Korrosionswiderstandsfähigkeit besitzt und eine hohe Genauigkeit beim Abtasten eines Drucks sicherstellt.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Drucksensor bereitgestellt mit:
- einem Sensorchip, welcher derart konfiguriert ist, dass ein Druck eine Fluids abgetastet und ein elektrisches Signal entsprechend dem abgetasteten Druck erzeugt wird, wobei der Sensorchip eine Oberfläche, welche einen Abtastbereich enthält, welcher dem Fluid ausgesetzt wird, und eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktstellen aufweist, die auf der Oberfläche des Sensorchips angeordnet sind; und
- einem Schaltungschip, welcher eine Schaltung enthält, die derart konfiguriert ist, dass das von dem Sensorchip erzeugte elektrische Signal verarbeitet wird, und eine Oberfläche aufweist, auf welcher eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktstellen des Schaltungschips angeordnet ist, wobei der Schaltungschip mit dem Sensorchip derart verbunden ist, dass die elektrischen Kontaktstellen des Schaltungschips jeweils elektrisch mit jenen des Sensorchips verbunden sind,
- wobei alle elektrischen Kontaktstellen des Schaltungschips und des Sensorchips hermetisch verschlossen sind, um von dem Fluid isoliert zu sein, und die Oberflächen des Schaltungschips und des Sensorchips einander mit den dazwischen angeordneten elektrischen Kontaktstellen derselben zugewandt sind.
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Wenn mit einer derartigen Struktur der Drucksensor in einer korrodierenden Umgebung verwendet wird, ist es möglich, zu verhindern, dass der Drucksensor korrodiert wird.
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Da der Sensorchip auf den Schaltungschip geschichtet ist, ist darüber hinaus der Drucksensor dementsprechend kompakt ausgebildet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Drucksensor des weiteren ein Substrat. Das Substrat enthält eine Harzschicht, welche eine dadurch gebildete Öffnung aufweist, und eine Mehrzahl von elektrischen Leitern, die innerhalb der Harzschicht angeordnet sind.
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Das Substrat wird sowohl mit dem Sensorchip als auch mit dem Schaltungschip derart verbunden, dass das Substrat zwischen die Oberflächen des Sensorchips und des Schaltungschips gebracht ist und der Abtastbereich der Oberfläche des Sensorchips dem Fluid durch die Öffnung der Harzschicht des Substrats ausgesetzt ist. Zur selben Zeit werden die elektrischen Kontaktstellen des Schaltungschips jeweils mit jenen des Sensorchips durch die elektrischen Leiter des Substrats verbunden, und es werden sowohl die elektrischen Kontaktstellen des Schaltungschips als auch die des Sensorchips und die elektrischen Leiter des Substrats innerhalb der Fahrzeugschicht des Substrats hermetisch verschlossen, um von dem Fluid isoliert zu sein.
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Da das Substrat die elektrischen Leiter enthält, welche innerhalb der Harzschicht angeordnet sind, ist der Drucksensor dementsprechend ohne das Drahtbonden kompakt ausgebildet, welches andernfalls zur Bildung einer elektrischen Verbindung für den Drucksensor notwendig wäre.
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Darüber hinaus wird der Abtastbereich der Oberfläche des Sensorchips zuverlässig dem Fluid durch die Öffnung der Harzschicht des Substrats ausgesetzt, wodurch eine hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit des Drucksensors sichergestellt wird.
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Es wird bevorzugt, dass die Harzschicht des Substrats des weiteren eine Mehrzahl von darin gebildeten Kontaktlöchern aufweist, und es sind die elektrischen Kontaktstellen des Sensorchips und des Schaltungschips jeweils mit den elektrischen Leitern des Substrats durch die Kontaktlöcher elektrisch verbunden.
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Mit derartigen Kontaktlöchern wird es leicht, die elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Kontaktstellen des Sensorchips und des Schaltungschips und den elektrischen Leitern des Substrats herzustellen.
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Es wird ebenfalls bevorzugt, dass die Harzschicht des Substrats eine Thermoplastizität besitzt, so dass das Substrat leicht sowohl mit dem Sensorchip als auch dem Schaltungschip durch thermische Presspassung verbunden werden kann.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die elektrischen Kontaktstellen des Schaltungschips jeweils mit jenen des Sensorchips durch ein anisotropes leitendes Haftmittel verbunden und elektrisch angeschlossen. Zur selben Zeit werden sowohl die elektrischen Kontaktstellen des Schaltungschips als auch die des Sensorchips innerhalb eines isolierenden Haftmittels hermetisch verschlossen, um von dem Fluid isoliert zu sein, wobei der Abtastbereich der Oberfläche des Sensorchips dem Fluid ausgesetzt verbleibt.
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Dementsprechend besitzt der Drucksensor der vorliegenden Erfindung eine kompakte Größe und eine hohe Korrosionsbeständigkeit und stellt eine hohe Genauigkeit beim Abtasten eines Drucks sicher.
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Es wird festgestellt, dass der Drucksensor der Erfindung insbesondere zur Verwendung beim Abtasten eines Drucks des Abgases aus einem Motor geeignet ist. Des weiteren ist der Drucksensor derart konfiguriert, dass er in einer Umgebung betriebsbereit ist, wo er kondensiertem Wasser um den Motor herum ausgesetzt ist, welches einen pH-Wert von 4 oder kleiner aufweist.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die vorliegende Erfindung ist besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung und aus den zugehörigen Figuren der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zu verstehen, welche jedoch nicht der Beschränkung der Erfindung auf die bestimmten Ausführungsformen, sondern eher zum Zwecke der Erläuterung und des Verständnisses dienen.
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In den beigefügten Zeichnungen zeigt:
- 1 eine Draufsicht, welche einen Drucksensor der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 2 eine Querschnittsansicht entlang Linie A-A von 1;
- 3A eine Draufsicht, welche ein Substrat des Drucksensors von 1 darstellt;
- 3B eine Querschnittsansicht entlang Linie A-A von 3A;
- 4 eine Querschnittsansicht, welche alle Teile des Drucksensors von 1 mit Ausnahme des Substrats desselben darstellt;
- 5 ein Strukturdiagramm, welches den Verbindungsabschnitt zwischen einer elektrischen Kontaktstelle eines Sensorchips und einem elektrischen Leiter des Substrats in dem Drucksensor von 1 darstellt;
- 6 eine Draufsicht, welche einen Drucksensor der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 7 eine Querschnittsansicht entlang Linie A-A von 6; und
- 8 eine Querschnittsansicht, welche einen Drucksensor nach dem Stand der Technik darstellt.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hiernach unter Bezugnahme auf 1-7 beschrieben.
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Es wird festgestellt, dass wegen der Klarheit und des Verständnisses identische Komponenten mit identischen Funktionen in unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung dort, wo es möglich war, mit denselben Bezugszeichen in jeder der Figuren bezeichnet worden sind.
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[Erste Ausführungsform]
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1-2 stellen einen Drucksensor 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung dar.
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Der Drucksensor 1 ist derart konfiguriert, dass ein Druck des Abgases aus einem Motor eines Fahrzeug abgetastet wird. Mit anderen Worten, das Fluid, dessen Druck von dem Drucksensor 1 abzutasten ist, ist ein Abgas.
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Insbesondere wird der Drucksensor 1 zur Messung eines Drucks auf einen Exhaust-Gas-Recirculation- (EGR) Pfad in einem EGR-System des Fahrzeugs verwendet.
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Wenn der Drucksensor 1 verwendet wird, einen derartigen Druck abzutasten, enthält um den Motor herum gebildetes kondensierte Wasser zwangsläufig Gaskomponenten, insbesondere saure Gaskomponenten, aus dem Abgas und besitzt im Allgemeinen einen pH-Wert von 4 oder weniger. Mit anderen Worten, der Drucksensor 1 ist in einer korrodierenden Umgebung zu verwenden, welche den pH-Wert von 4 oder weniger aufweist.
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Wie in 1-2 dargestellt enthält der Drucksensor 1 hauptsächlich einen Sensorchip (oder ein Sensorelement) 10, einen Schaltungschip 30 und ein Substrat 40. Der Sensorchip 10 ist mit dem dazwischen angeordneten Substrat 40 auf den Schaltungschip 30 geschichtet.
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Das Substrat 40 ist in 3A-3B ohne den Sensorchip 10 und den damit verbundenen Schaltungschip 30 detaillierter dargestellt.
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Demgegenüber stellt 4 alle Teile des Drucksensors 1 mit Ausnahme des Substrats 40 dar.
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Wie in 1 und 4 dargestellt, ist der Sensorchip 1, welcher aus einem Siliziummaterial gebildet ist, in Form einer rechtwinkligen Platte gebildet und besitzt eine Aussparung 11, welche mittig auf der oberen Oberfläche des Sensorchips 10 gebildet ist und sich entsprechend 4 nach oben hin öffnet. Mit der Hilfe der Aussparung 11 wird ein Diaphragma 12 in dem Sensorchip 10 erzielt.
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Insbesondere bilden die Bodenseite der Aussparung 11, welche wie durch eine gestrichelte Linie in 1 angezeigt eine achteckige Form besitzt, und ein Abtastbereich 12a der unteren Oberfläche des Sensorchips 1ß zusammen das Diaphragma 12. Da die obere Oberfläche des Sensorchips 10 mit der unteren Oberfläche eines in 4 dargestellten Glassitzes verbunden ist, bilden die Aussparung 11 und die untere Oberfläche des Glassitzes 20 zusammen eine geschlossene Bezugsdruckkammer (beispielsweise eine Vakuumkammer).
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Demgegenüber ist der Abtastbereich 12a der unteren Oberfläche des Sensorchips 10 einem abzutastenden Druck auszusetzen. Wie in 1 und 4 dargestellt, sind dort auf dem Abtastbereich 12a vier Messvorrichtungen (oder Piezowiderstände) 13a-13d vorgesehen, welche auf der Oberfläche des Sensorchips 10 gebildete Störstellendiffusionsschichten sind. Insbesondere werden bei dieser Vorrichtung die Messvorrichtungen 13a-13d durch Dotieren einer p-Typ-Dotierungssubstanz in ein n-Typ-Siliziumsubstrat gebildet. Des weiteren bilden jene Messvorrichtungen 13a-13d zusammen eine Brückenschaltung in dem Sensorchip 10.
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Wenn ein Druck dem Abtastbereich 12a der unteren Oberfläche des Sensorchips 10 aufgebracht wird, ruft die Differenz des Drucks zwischen den zwei gegenüberliegenden Seiten des Diaphragmas 12 (d.h. der Abtastbereich 12a und die Bodenseite der Aussparung 12) eine Spannungsänderung in dem Diaphragma 12 hervor. Diese Spannungsänderung bewirkt, dass sich die elektrischen Widerstandswerte der Messvorrichtungen 13a-13d infolge des Piezowiderstandseffekts sich ändern, den jene Messvorrichtungen 13a-13d besitzen. Daraufhin erfasst die Brückenschaltung die Änderungen der elektrischen Widerstandswerte der Messvorrichtungen 13a-13d, wodurch ein elektrisches Signal erzeugt wird, das dem Druck entspricht, welcher dem Abtastbereich 12a aufgebracht wird.
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Der Sensorchip 10 enthält wie in 1 und 4 dargestellt vier elektrische Kontaktstellen 14, welche aus einem Aluminiumfilm gebildet und jeweils in vier Ecken des Rechtecks unter der Oberfläche des Sensorchips 10 angeordnet sind. Durch jene elektrischen Kontaktstellen 14 wird der in dem Sensorchip 10 gebildeten Brückenschaltung elektrische Leistung zugeführt, und es wird das durch die Brückenschaltung erzeugte elektrische Signal nach außen ausgegeben (beispielsweise einer externen Schaltung oder Gerät). Auf jede der elektrischen Kontaktstellen 14 wird ein Nickelfilm (Ni-Film) und ein Goldfilm (Au-Film) der Reihe nach plattiert, wodurch eine Ni-Au-Beschichtung 15 gebildet wird, welche das Herstellen einer elektrischen Verbindung für die elektrische Kontaktstelle 14 durch Löten ermöglicht.
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Somit besitzt der Sensorchip 10 das darin gebildete Diaphragma 12, um das elektrische Signal entsprechend dem abgetasteten Druck zu erzeugen. Der Sensorchip 10 besitzt ebenfalls die untere Oberfläche, welche dem den abzutastenden Druck auszusetzen ist, und die elektrischen Kontaktstellen 14, welche auf der unteren Oberfläche angeordnet sind.
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Demgegenüber enthält der Schaltungschip 30 verschiedene Vorrichtungen, durch welche wenigstens eine Schaltung, welche konfiguriert ist, das durch den Sensorchip 10 erzeugte elektrische Signal zu verarbeiten (beispielsweise zu verstärken), in dem Schaltungschip 30 gebildet wird.
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Wie in 1 und 4 dargestellt besitzt der Schaltungschip 30 die Form einer rechtwinkligen Platte und enthält vier elektrische Kontaktstellen 31, welche aus einem Aluminiumfilm gebildet und in vier Ecken der rechtwinkligen oberen Oberfläche des Schaltungschips 30 angeordnet sind. Es wird festgestellt, dass die obere Oberfläche des Schaltungschips 30 mit einem korrosionssicheren Film außen an jenen Bereichen davon ummantelt ist, auf welchen die elektrischen Kontaktstellen 31 angeordnet sind.
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Durch die elektrischen Kontaktstellen 31 wird das von dem Sensorchip 10 erzeugte elektrische Signal dem Schaltungschip 30 bereitgestellt. Auf jede der elektrischen Kontaktstellen 31 sind der Reihe nach ein Ni-Film und ein Au-Film plattiert, wodurch eine Ni-Au-Schichtung 32 gebildet ist, welche die Bildung einer elektrischen Verbindung für die elektrische Kontaktstelle 31 durch Löten ermöglicht.
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Somit enthält der Schaltungschip 30 die Schaltung, welche derart konfiguriert ist, dass das von dem Sensorchip 10 erzeugte elektrische Signal verarbeitet wird, und die obere Oberfläche aufweist, auf welcher die elektrischen Kontaktstellen 31 angeordnet sind.
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Um wieder auf 3A-3B zurückzukommen, es besitzt das Substrat 40 ebenfalls die Form einer rechtwinkligen Platte. Das Substrat 40 enthält eine Harzschicht 41, welche eine Thermoplastizität und ein elektrisches Isoliervermögen besitzt, und eine Mehrzahl von elektrischen Leitern 42a-42d, welche innerhalb der Harzschicht 41 angeordnet sind.
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Die Harzschicht 41 kann beispielsweise aus PEEK (Polyetheretherketon), PEI (Polyetherimid), PPS (Polyphenylensulfid), PBT (Polybutylenterephthalat), PET (Polyethylenterephthalat), PEN (Polyethylennaphthalat) und LCP (Flüssigkristallpolymer) oder einer Mischung davon gebildet sein.
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Die elektrischen Leiter 42a-42d können beispielsweise aus Cu gebildet sein. Wie in 3A dargestellt besitzen die elektrischen Leiter 42a-42d jeweils die Form einer Bandplatte und erstrecken sich radial von einem mittleren Bereich der rechtwinkligen Harzschicht 41 auf eine Ecke der selben zu.
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Des Weiteren besitzt die Harzschicht 41 eine Öffnung 43, welche in der Mitte durch die Harzschicht 41 gebildet ist. Die Öffnung 43 besitzt wie in 3A dargestellt einen Querschnitt, welcher im Wesentlichen mit Ausnahme der vier Ecken davon rechtwinklig geformt ist, die von vier herausragenden Abschnitten der Harzschicht 41 eingenommen werden. In jedem der herausragenden Abschnitte erstreckt sich jeweils einer der elektrischen Leiter 42a-42d.
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Wie in 1 dargestellt, ist der Querschnitt der Öffnung 43 größer als jene des Sensorchips 10 und des Schaltungschips 30, so dass das Fluid, dessen Druck von dem Drucksensor 1 aufzunehmen ist, in den Raum zwischen den zwei Chips 10 und 30 wie durch die hervortretenden Pfeile in der Figur angezeigt fließen kann. Als Ergebnis kann der Abtastbereich 12a des Sensorchips 10 dem Fluid ausgesetzt werden, wodurch der Druck des Fluids abgetastet wird.
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Des Weiteren besitzt wie in 3A-3B dargestellt die Harzschicht 41 eine Mehrzahl von Kontaktlöchern 44 und 45, von denen jedes in der Harzschicht 41 an dem inneren Ende von einem der herausragenden Abschnitte der Harzschicht 41 gebildet ist. Durch die Kontaktlöcher 44 sind die oberen Oberflächen der inneren Enden der elektrischen Leiter 42a-42d bloßgelegt. Durch die Kontaktlöcher 45 sind ebenfalls die unteren Oberflächen der selben bloßgelegt. Jene Kontaktlöcher 44 und 45 werden zur Bildung einer elektrischen Verbindung für den Drucksensor 1 bereitgestellt. Auf die oberen und unteren Oberflächen des inneren Endes von jedem der elektrischen Leiter 42a-42d sind jeweils ein Cu-Film 46 und 47 plattiert.
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Somit ist das Substrat 40 derart konfiguriert, dass es die elektrischen Leiter 42a-42d, die innerhalb der Harzschicht 41 angeordnet sind, und die Öffnung 43 besitzt, durch welche der Abtastbereich 12a des Sensorchips 10 dem abzutastenden Druck ausgesetzt wird.
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Das Substrat 40 wird zwischen dem Sensorchip 10 und dem Schaltungschip 30 angeordnet und mit den beiden Chips 10 und 30 durch thermische Presspassung verbunden, wodurch der Drucksensor 1 der vorliegenden Ausführungsform wie in 1-2 dargestellt gebildet wird.
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Zur selben Zeit wird der Sensorchip 10 auf den Schaltungschip 30 derart geschichtet, dass die untere Oberfläche des Sensorchips 10 der oberen Oberfläche des Schaltungschips 30 zugewandt ist, und jede der elektrischen Kontaktstellen 14 des Sensorchips 10 befindet sich in einer gegenüberliegenden Beziehung zu einem der elektrischen Kontaktstellen 31 des Schaltungschips 30. Des Weiteren werden die elektrischen Leiter 42a-42d des Substrats 40, welche zwischen dem Schaltungschip 10 und dem Schaltungschip 30 angeordnet sind, jeweils mit den elektrischen Kontaktstellen 14 des Sensorchips 10 und den elektrischen Kontaktstellen 31 des Sensorchips 30 durch Löten verbunden.
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Insbesondere wurde eine Lötpaste zuerst allen oberen und unteren Oberflächen der inneren Enden der elektrischen Leiter 42a-42d des Substrats 40 durch die in der Harzschicht 41 gebildeten Kontaktlöcher 44 und 45 aufgebracht.
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Danach wurde das Substrat 40 zwischen die untere Oberfläche des Sensorchips 10 und die obere Oberfläche des Schaltungschips 30 platziert und mit beiden Chips 10 und 30 durch thermische Presspassung bei einer Temperatur von 300°C verbunden.
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Während der thermischen Presspassung wurde die Lötpaste durch darauf übertragene Wärme geschmolzen, wodurch die oberen Oberflächen der inneren Enden der elektrischen Leiter 42a-42d des Substrats 40 mit den elektrischen Kontaktstellen 14 des Sensorchips 10 und die unteren Oberflächen derselben mit den elektrischen Kontaktstellen 31 des Schaltungschips 30 verbunden wurden. Als Ergebnis sind alle Verbindungsabschnitte zwischen den elektrischen Leitern 42a-42d und den elektrischen Kontaktstellen 14 und zwischen den elektrischen Leitern 42a-42d und den elektrischen Kontaktstellen 31 innerhalb der Harzschicht 41 hermetisch verschlossen, wodurch sie von der Umgebung um den Drucksensor 1 herum isoliert sind.
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Zur selben Zeit wird der Abtastbereich 12a der unteren Oberfläche des Sensorchips 10 der Umgebung durch die Öffnung 43 der Harzschicht 41 ausgesetzt. Insbesondere fließt wie in 1-2 dargestellt das Fluid durch die Öffnung 43 in den Raum R1 zwischen der unteren Oberfläche des Sensorchips 10 und der oberen Oberfläche des Sensorchips 30, so dass der Abtastbereich 12a der unteren Oberfläche des Sensorchips 10 dem Fluid ausgesetzt wird.
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Wie oben beschrieben enthält der Sensorchip 10 die Brückenschaltung, welche wie in 1 dargestellt durch die Messvorrichtungen 13a-13d gebildet ist. Der Brückenschaltung wird elektrische Energie durch die elektrischen Kontaktstellen 14 des Sensorchips 10 zugeführt, während das von der Brückenschaltung erzeugte elektrische Signal von dem Sensorchip 10 durch die anderen zwei elektrischen Kontaktstellen 14 ausgegeben wird.
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Darüber hinaus sind die elektrischen Kontaktstellen 14 des Sensorchips 10 jeweils elektrisch mit den elektrischen Kontaktstellen 31 des Schaltungschips 30 durch die elektrischen Leiter 42a-42d des Substrats 40 verbunden.
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Von den vier elektrischen Leitern 42a-42d des Substrats 40 werden zwei dazu verwendet, elektrische Energie dem Drucksensor 1 zuzuführen. Beispielsweise ist der elektrische Leiter 42b mit Masse verbunden, während der elektrische Leiter 42c mit einer anderen Energiequelle verbunden ist. Demgegenüber werden die zwei anderen der elektrischen Leiter 42a-42d dazu verwendet, das von der Brückenschaltung des Sensorchips 10 erzeugte elektrische Signal auszugeben. Beispielsweise wird durch die elektrischen Leiter 42a und 42d das elektrische Signal von dem Sensorchip 10 dem Sensorchip 30 und nach außen ausgegeben; der Schaltungschip 30 verarbeitet daraufhin (beispielsweise verstärkt oder kompensiert durch Temperatur hervorgerufene Fehler) das elektrische Signal durch die darin enthaltene elektrische Schaltung und gibt das verarbeitete elektrische Signal durch die (nicht dargestellten) elektrischen Anschlüsse davon nach außen aus.
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5 stellt ein Strukturdiagramm des Verbindungsabschnitts zwischen einer elektrischen Kontaktstelle 14 des Sensorchips 10 und einem der elektrischen Leiter 42a-42d des Substrats 40 dar; das Strukturdiagramm wird durch mikroskopische Prüfung des Verbindungsabschnitts erlangt.
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Aus 5 ist ersichtlich, dass die Ni-Au-Schichtung 15, welche auf der Aluminiumkontaktstelle 14 des Sensorchips 10 gebildet ist, durch den Verbindungsabschnitt (das heißt durch die Lötschicht) mit der Cu-plattierten Schicht 46 gut verbunden ist, welche auf dem Cu-Leiter des Substrats 40 gebildet ist.
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Zusammenfassend sei dargestellt, dass der Drucksensor 1 der vorliegenden Ausführungsform den Sensorchip 10, den Schaltungschip 30 und das Substrat 40 enthält.
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Der Sensorchip 10 ist derart konfiguriert, dass ein Druck eines Fluids (das heißt, das Abgas aus einem Motor) abgetastet wird und ein elektrisches Signal entsprechend dem abgetasteten Druck erzeugt wird. Der Sensorchip 10 besitzt eine untere Oberfläche, welche den Abtastbereich 12a enthält, um dem Fluid ausgesetzt zu werden, und die elektrischen Kontaktstellen 14, welche auf der unteren Oberfläche des Sensorchips 10 angeordnet sind.
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Der Schaltungschip 30 enthält die Schaltung, welche derart konfiguriert ist, dass das von dem Sensorchip 10 erzeugte elektrische Signal verarbeitet wird, und besitzt die obere Oberfläche, auf welcher die elektrischen Kontaktstellen 31 des Schaltungschips 30 angeordnet sind.
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Das Substrat 40 enthält die Harzschicht 41, welche die dadurch gebildete Öffnung 43 besitzt, und die elektrischen Leiter 42a-42d, welche innerhalb der Harzschicht 41 angeordnet sind.
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Das Substrat 40 wird durch thermische Presspassung sowohl mit dem Sensorchip 10 als auch dem Schaltungschip 30 derart verbunden, dass das Substrat 40 zwischen den zwei Chips 10 und 30 angeordnet ist, und der Abtastbereich 12a der unteren Oberfläche des Sensorchips 10 wird dem Fluid durch die Öffnung 43 der Harzschicht 41 des Substrats 40 ausgesetzt. Zur selben Zeit werden die elektrischen Kontaktstellen 14 des Sensorchips 10 jeweils elektrisch mit den elektrischen Kontaktstellen 31 des Schaltungschips 30 durch die elektrischen Leiter 42a-42d des Substrats 40 verbunden, und es werden sowohl die elektrischen Kontaktstellen 14 und 31 als auch die elektrischen Leiter 42a-42d innerhalb der Harzschicht 41 des Substrats hermetisch verschlossen, um von dem Fluid isoliert zu sein.
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Wenn mit einer derartigen Struktur der Drucksensor 1 in einer korrodierenden Umgebung verwendet wird, ist es möglich, zu verhindern, dass der Drucksensor 1 korrodiert.
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Des Weiteren ist bei dem Drucksensor 1 der Sensorchip 10 mit dem dazwischen angeordneten Substrat 40 auf den Schaltungschip 30 geschichtet. Das Substrat 40 besitzt die innerhalb der Harzschicht 41 angeordneten elektrischen Leiter 42a-42d, wodurch das Drahtbonden ausgelassen wird, welches andernfalls zur Herstellung einer elektrischen Verbindung für den Drucksensor 1 nötig wäre. Als Ergebnis ist der Drucksensor 1 dementsprechend kompakt ausgebildet.
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Des weiteren wird der Abtastbereich 12a der unteren Oberfläche des Sensorchips 10 zuverlässig dem Fluid durch die Öffnung 43 der Harzschicht 41 des Substrats 40 ausgesetzt, wodurch eine hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit des Drucksensors 1 sichergestellt wird.
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Zusätzlich besitzt die Harzschicht 41 des Substrats 40 des weiteren die darin gebildeten Kontaktlöcher 44 und 45, durch welche die elektrischen Kontaktstellen 14 des Sensorchips 10 und die elektrischen Kontaktstellen 31 des Schaltungschips 30 jeweils mit den elektrischen Kontakten 42a-42d des Substrats 40 verbunden sind. Mit derartigen Kontaktlöchern 44 und 45 wird es leicht, die elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Kontaktstellen 14 und 31 und den elektrischen Leitern 42a-42d herzustellen.
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Darüber hinaus besitzt die Harzschicht 41 des Substrats 40 Thermoplastitzität, so dass das Substrat 40 leicht sowohl mit dem Sensorchip 10 als auch dem Schaltungschip 30 durch thermische Presspassung verbunden werden könnte.
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Es wird festgestellt, dass der Drucksensor 1 insbesondere zur Verwendung beim Abtasten eines Drucks des Abgases aus einem Motor geeignet ist. Insbesondere ist der Drucksensor 1 derart konfiguriert, dass er in einer Umgebung betriebsbereit ist, bei welcher er kondensiertem Wasser um den Motor herum ausgesetzt ist, welches einen pH-Wert von 4 oder weniger aufweist.
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[Zweite Ausführungsform]
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6-7 stellen einen Drucksensor 2 der zweiten Ausführungsform der Erfindung dar.
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Der Drucksensor 2 ist ebenfalls derart konfiguriert, dass ein Druck des Abgases aus einem Motor abgetastet wird, und besitzt eine Struktur, die nahezu identisch zu derjenigen des Drucksensors 1 entsprechend der vorausgehenden Ausführungsform ist. Dementsprechend wird der Unterschied in der Struktur zwischen dem Drucksensor 2 und dem Drucksensor 1 bei der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich beschrieben.
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Bei der vorausgehenden Ausführungsform enthält der Drucksensor 1 den Sensorchip 10, den Schaltungschip 30 und das Substrat 40. Das Substrat 40 enthält die Harzschicht 41, welche Thermoplastizität besitzt, so dass der Sensorchip 10 mit dem Schaltungschip 30 über das Substrat 40 durch thermische Presspassung verbunden werden könnte.
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Jedoch enthält bei dieser Ausführungsform der Drucksensor 2 lediglich den Sensorchip 10 und den Sensorchip 30, und es sind die zwei Chips 10 und 30 miteinander durch Haftmittel anstatt durch thermische Presspassung verbunden.
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Insbesondere ist wie in 6-7 dargestellt der Sensorchip 10, welcher den Abtastbereich 12a und die elektrischen Kontaktstellen 14 auf der unteren Oberfläche davon aufweist, auf den Schaltungschip 30 geschichtet, welcher die elektrischen Kontaktstellen 31 auf der oberen Oberfläche davon aufweist. Die elektrischen Kontaktstellen 14 des Sensorchips 10 sind jeweils mit den elektrischen Kontaktstellen 31 des Schaltungschips 30 durch ein anisotropes leitendes Haftmittel 50 verbunden und somit elektrisch daran angeschlossen.
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Des weiteren sind die untere Oberfläche des Sensorchips 10 und die obere Oberfläche des Schaltungschips 30 miteinander mit einem isolierenden Haftmittel 51 verbunden. Das isolierende Haftmittel 51 kann beispielsweise ein Harzhaftmittel bei dieser Ausführungsform sein.
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Das isolierende Haftmittel 51 wird wie in 6 dargestellt entlang dem äußeren Randgebiet der zwei Oberflächen aufgebracht, so dass sowohl die elektrischen Kontaktstellen 14 und 31 des Sensorchips 10 als auch die des Schaltungschips 30 mit dem isolierenden Haftmittel 51 hermetisch verschlossen sind, wodurch sie von dem Fluid (das heißt, dem Abgas aus einem Motor) isoliert sind.
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Zur selben Zeit wird ein Eingang 53 zwischen der unteren Oberfläche des Sensorchips 10 und der oberen Oberfläche des Schaltungschips 30 bereitgestellt, wodurch es ermöglicht wird, dass das abzutastende Fluid in den Raum zwischen den zwei Oberflächen wie durch den hervorgehobenen Pfeil in 6 angezeigt fließt. Der Raum zwischen den zwei Oberflächen ist in 7 mit R1 bezeichnet.
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Es wird festgestellt, dass der Schaltungschip 30 des Drucksensors 2 des weiteren mit (nicht dargestellten) elektrischen Anschlüssen versehen ist, durch welche dem Drucksensor 2 elektrische Leistung und das elektrische Signal zugeführt wird, welches von dem Sensorchip 10 erzeugt und von dem Schaltungschip 30 nach außen (beispielsweise einer äußeren Schaltung oder Gerät) ausgegeben wird.
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Zusammenfassend sei dargelegt, dass der Drucksensor 2 der vorliegenden Ausführungsform den Sensorchip 10 und den Schaltungschip 30 enthält.
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Der Sensorchip 10 ist derart konfiguriert, dass ein Druck eines Fluids (das heißt, das Abgas aus einem Motor) abgetastet wird und ein elektrisches Signal entsprechend dem abgetasteten Druck erzeugt wird. Der Sensorchip 10 besitzt die untere Oberfläche, welche den Abtastbereich 12a, der dem Fluid ausgesetzt wird, und die elektrischen Kontaktstellen 14, die auf der unteren Oberfläche des Sensorchips 10 angeordnet sind.
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Der Schaltungschip 30 enthält die Schaltung, welche derart konfiguriert ist, dass das von dem Sensorchip 10 erzeugte elektrische Signal verarbeitet wird, und besitzt die obere Oberfläche, auf welcher die elektrischen Kontaktstellen 31 des Schaltungschips 30 angeordnet sind.
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Die elektrischen Kontaktstellen 14 des Sensorchips 10 sind jeweils mit den elektrischen Kontaktstellen 31 des Schaltungschips 30 durch das anisotrope leitende Haftmittel 50 verbunden und somit daran angeschlossen. Des weiteren sind sowohl die elektrischen Kontaktstellen 14 als auch 31 der zwei Chips 10 und 30 mit dem isolierenden Haftmittel 51 hermetisch verschlossen, wodurch sie von dem Fluid isoliert sind.
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Wenn mit einer derartigen Struktur der Drucksensor 2 in einer korrodierenden Umgebung verwendet wird, ist es möglich, zu verhindern, dass der Drucksensor 2 korrodiert.
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Da der Sensorchip 10 auf den Schaltungschip 30 geschichtet ist, ist darüber hinaus der Drucksensor 2 dementsprechend kompakt ausgebildet.
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Des weiteren wird der Abtastbereich 12a der unteren Oberfläche des Sensorchips 10 zuverlässig dem Fluid durch den Eingang 53 ausgesetzt, wodurch eine hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit des Drucksensors sichergestellt wird.
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Es wird festgestellt, dass der Drucksensor 2 insbesondere zur Verwendung beim Abtasten eines Drucks des Abgases aus einem Motor geeignet ist. Insbesondere ist der Drucksensor 2 derart konfiguriert, dass er in einer Umgebung betriebsbereit ist, in welcher er kondensiertem Wasser um den Motor herum ausgesetzt ist, welches einen pH-Wert von 4 oder weniger aufweist.
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Während die obigen bestimmten Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, versteht es sich für diejenigen, welche die Erfindung anwenden, und für den Fachmann, dass verschiedene Modifizierungen, Änderungen und Verbesserungen der Erfindung im Rahmen des offenbarten Konzepts liegen.
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Beispielsweise sind bei den vorausgehenden Ausführungsformen der Erfindung die Drucksensoren 1 und 2 derart konfiguriert, dass ein Druck des Abgases aus einem Motor abgetastet wird.
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Jedoch können jene Drucksensoren 1 und 2 ebenfalls derart konfiguriert sein, dass andere Drücke wie der Druck eines Öls erfasst werden.
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Derartige Modifizierungen, Änderungen und Verbesserungen liegen im Bereich des fachmännischen Könnens und werden von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt.
