DE102006044442A1 - Sensoranordnung mit einem Substrat und mit einem Gehäuse und Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung - Google Patents

Sensoranordnung mit einem Substrat und mit einem Gehäuse und Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung (10) mit einem Substrat (20) und mit einem Gehäuse (30), wobei das Gehäuse (30) das Substrat (20) in einem ersten Substratbereich (21) im Wesentlichen vollständig umgibt, wobei das Gehäuse (30) in einem zweiten Substratbereich (22) zumindest teilweise mittels einer Öffnung (33) geöffnet vorgesehen ist, wobei im Bereich der Öffnung (33) der zweite Substratbereich (22) aus dem Gehäuse (30) ragend vorgesehen ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass das Substrat (20) in einem dritten Substratbereich (28) wenigstens teilweise durch einen Träger (25), der mit dem Gehäuse (30) verbunden ist, getragen wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung mit einem Substrat und mit einem Gehäuse nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 29 026 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors bekannt, bei dem ein Halbleiterdruckaufnehmer auf einen Montageabschnitt eines Leitungsgitters aufgebracht wird, der Halbleiterdruckaufnehmer mit Kontaktabschnitten des Leitungsgitters elektrisch verbunden wird, das Leitungsgitter mit dem Halbleiterdruckaufnehmer in ein Spritzwerkzeug eingesetzt wird und anschließend der Halbleiterdruckaufnehmer in dem Spritzwerkzeug mit einem Gehäuse aus Spritzmasse umgeben wird, wobei in dem Spritzwerkzeug Mittel vorhanden sind, durch welche eine Druckzuführung für den Halbleiterdruckaufnehmer von der Umhüllung und Spritzmasse ausgespart wird, wobei ein Stempel im Spritzwerkzeug durch einen Spalt zu der von dem Halbleiterdruckaufnehmer abgewandten Seite des Montageabschnittes beabstandet angeordnet ist. Alternativ dazu ist es bekannt, Sensoren, die einen Zugang zu äußeren Medien brauchen, wie z. B. Drucksensoren, in Premold-Gehäusen zu verpacken. Dazu wird zuerst die Gehäuseform gespritzt und nachfolgend der Chip in das bereits vorgefertigte Gehäuse montiert und entsprechend kontaktiert. Da sogenannte Premold-Gehäuse-Formen gegenüber Standard-Moldgehäusen vergleichsweise teuer sind, ist bereits mittels der genannten Offenlegungsschrift versucht wurden, auch Drucksensoren in Standardmold-Gehäusen zu verpacken. Beispielsweise wird hierfür durch einen Stempel oder dgl. ein Teilbereich der Bauelementoberfläche freigehalten. Nachteilig bei allen bereits existierenden Gehäuseformen ist, daß das Sensorelement in eine Kunststoffmasse zumindest teilweise eingebettet ist. Durch thermische Ausdehnung kann die Kennlinie des Sensorelements stark beeinflußt werden. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, daß unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zu Spannungen in dem Sensorelement führen, was zu Fehlmessungen bzw. Funktionsausfällen Anlaß gibt.
  • Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 038 443 ist eine Sensoranordnung bekannt, bei welcher der aktive Sensorbereich der Sensoranordnung besser von Spannungseintragungen, welche durch das Gehäuse induziert sind, entkoppelt werden kann. Hierzu weist das Substrat einen ersten Substratbereich und einen zweiten Substratbereich auf, wobei sich ein aktiver Sensorbereich, etwa eine Drucksensormembran oder dgl., im zweiten Substratbereich befindet und der zweite Substratbereich aus dem Gehäuse ragend vorgesehen ist. Im Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Substratbereich weist das Gehäuse im zweiten Substratbereich eine Öffnung auf. Dadurch, daß der zweite Substratbereich aus dem Gehäuse ragend vorgesehen ist, ist das Gehäuse so ausgeführt, daß der Sensor bzw. das Substrat mit dem aktiven Sensorbereich nur an einer Seite, nämlich im Bereich seines ersten Substratbereichs, im Moldcompound bzw. im Gehäusematerial eingebettet ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung mit einem Substrat und mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse das Substrat in einem ersten Substratbereich im wesentlichen vollständig umgibt, wobei das Gehäuse in einem zweiten Substratbereich zumindest teilweise mittels einer Öffnung geöffnet vorgesehen ist, wobei im Bereich der Öffnung der zweite Substratbereich aus dem Gehäuse ragend vorgesehen ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß das Substrat in einem dritten Substratbereich wenigstens teilweise durch einen Träger, der mit dem Gehäuse verbunden ist, getragen wird. Vorteilhaft kann das Substrat bei einer Montage der Sensoranordnung somit nicht so leicht verkippen. Vorteilhaft kann somit der Anteil des ersten Substratbereichs am gesamten Substrat gegenüber dem Stand der Technik verkleinert werden. Weiterhin wirkt das Unterstützen des Substrats im dritten Substratbereich unterstützend auf weitere Montageprozesse wie beispielsweise Aufkleben der Sensoranordnung in Form eines Halbleiterchips auf ein Stanzgitter, Leitungsgitter oder Trägerstreifen, sowie bei der elektrischen Kontaktierung, beispielsweise durch Drahtbonden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Substrat im dritten Substratbereich wenigstens teilweise auf dem Träger aufliegt. Vorteilhaft wird durch das Aufliegen das Verkippen des Substrats verhindert, wobei aber gleichzeitig eine mechanische Belastung des Substrats durch von dem Träger einwirkende Kräfte minimiert ist. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Substrat im dritten Substratbereich wenigstens teilweise mit dem Träger fest verbunden ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß der Träger federnd ausgebildet ist. Hierdurch wird wiederum eine mechanische Belastung des Substrats durch von dem Träger einwirkende Kräfte möglichst gering gehalten. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Träger Teil eines Leitungsgitters ist. Der Träger ist wenigstens mittelbar, über das Leitungsgitter mit dem Gehäuse verbunden. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß der Träger unmittelbar mit dem Gehäuse verbunden ist. Vorteilhaft können auch mehrere Träger vorgesehen sein, welche das Substrat an mehreren Stellen und auch in mehrere Richtungen gegen Verkippen sichern.
  • Zeichnung
  • Es zeigen 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Sensoranordnung im nicht vorveröffentlichten Stand der Technik,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Schnittdarstellung durch die Sensoranordnung in Anlehnung an die Schnittlinie AA aus 1,
  • 3 eine schematische Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer Sensoranordnung im nicht vorveröffentlichten Stand der Technik,
  • 4 eine schematische Schnittdarstellung der zweiten Ausführungsform der Sensoranordnung in Anlehnung an die Schnittlinie AA aus 3,
  • 5 eine schematische Draufsicht auf eine erste erfindungsgemäße Sensoranordnung,
  • 6 eine schematische Darstellung einer Schnittdarstellung durch die erste erfindungsgemäße Sensoranordnung in Anlehnung an die Schnittlinie AA aus 5,
  • 7 eine schematische Darstellung der ersten erfindungsgemäßen Sensoranordnung in Durchsicht, und
  • 8 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Sensoranordnung in Durchsicht.
  • Ausführungsbeispiele
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der Beschreibung hier folgend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente, sofern die Beschreibung nicht ausdrücklich davon abweicht.
  • In 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Sensoranordnung im nicht vorveröffentlichten Stand der Technik dargestellt. Diese Sensoranordnung 10 umfaßt ein Gehäuse 30 und ein Substrat 20. Das Substratmaterial ist insbesondere als ein Halbleitermaterial bzw. als ein Verbundsubstrat beispielsweise von Wafern unterschiedlicher oder gleicher Materialien vorgesehen. Im folgenden wird das Substratmaterial als Substrat 20 bezeichnet. Das Substrat 20 weist einen ersten Bereich 21 und einen zweiten Bereich 22 auf, wobei im zweiten Bereich 22 ein aktiver Bereich 23 gesondert dargestellt ist, der zur Sensierung bzw. zur Erfassung einer Größe dient, die mittels der Sensoranordnung 10 gemessen werden soll. Im zweiten Substratbereich 22 ist im Übergangsbereich zum ersten Substratbereich 21 eine Öffnung 33 in dem Gehäuse 30 vorhanden, so daß der zweite Substratbereich 22 herausragen kann. Bei der mittels des aktiven Bereichs 23 detektierbaren Größe handelt es sich insbesondere um eine solche, welche lediglich mittels eines wenigstens mittelbaren Kontakts zwischen dem zweiten Substratbereich 22 bzw. insbesondere dem aktiven Bereich 23 und einem in den Figuren nicht dargestellten Medium detektierbar ist. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um ein Gas handeln, dessen Druck mittels einer Druckmeßmembran als aktiven Bereich 23 gemessen werden soll. Hierbei muß das Medium, etwa Luft oder ein anderes Gas, Zugang zu dem Bereich 23, d. h. insbesondere zu der Druckmeßmembran, haben. Dieser Zugang zum aktiven Bereich 23 wird dadurch realisiert, daß der zweite Substratbereich 22 aus dem Gehäuse 30 herausragt und daß der erste Substratbereich 21 in dem Gehäuse 30 eingebettet ist. In 1 ist eine Schnittlinie AA eingezeichnet, wobei die 2 mit gewissen Abwandlungen eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 gemäß der Schnittlinie AA aus der 1 ist. In 1 ist noch erkennbar, daß aus dem Gehäuse 30 insbesondere Anschlußelemente 31, wie beispielsweise Pins oder Kontaktierungsbeinchen oder dgl., herausstehen. Es ist jedoch ebenso möglich, daß keine Kontaktierungselemente 31 aus dem Gehäuse 30 herausstehen, sondern daß auf der Oberseite, der Unterseite und/oder den lateralen Flächen des Gehäuses 30 Kontaktflächen (nicht dargestellt) vorhanden sind, die einer Kontaktierung des Bauelements bzw. der Sensoranordnung dienen, beispielsweise mittels einer Flip-Chip-Montagemöglichkeit, BGA Gehäuse oder dgl.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittdarstellung durch die Sensoranordnung in Anlehnung an die Schnittlinie AA aus 1. In 2 ist die Sensoranordnung 10 mit dem ersten Substratbereich 21, dem zweiten Substratbereich 22, dem aktiven Bereich 23, dem Gehäuse 30 und der Öffnung 33 dargestellt. Zusätzlich ist in 2 noch eine spezielle beispielhafte Ausführungsform angedeutet, bei der zusätzlich zu dem Substrat 20 ein weiteres Substrat 26 vorhanden ist, welches beispielsweise weitere Schaltungsmittel zur Auswertung der Signale des aktiven Bereichs 23 umfaßt. Hierzu ist das Substrat 20 und das weitere Substrat 26 mittels einer Verbindungsleitung 27, insbesondere in Form eines Bonddrahtes 27 miteinander verbunden. Sowohl das Substrat 20 als auch das weitere Substrat 26 ist im Beispiel der Anordnung der 2 auf einem sogenannten Leitungsgitter 25, welches auch als Leadframe 25 bezeichnet wird, angeordnet bzw. auf dem Leadframe 25 verklebt oder in sonstiger Weise befestigt.
  • In 3 ist eine zweite Ausführungsform einer Sensoranordnung 10 im nicht vorveröffentlichten Stand der Technik in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Wiederum weist das Substrat 20 den ersten Substratbereich 21 und den zweiten Substratbereich 22 auf, wobei der zweite Substratbereich 22 einerseits den aktiven Bereich 23 umfaßt und andererseits an der Öffnung 33 aus dem Gehäuse 30 herausragt. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel weist jedoch das Gehäuse 30 einen Verlängerungsbereich 35 auf, der im wesentlichen in der Hauptebene des Substrats 20 um den zweiten Substratbereich 22 herum sich erstreckt und damit den zweiten Substratbereich 22 insbesondere vor mechanischen Einwirkungen schützt. Hierbei schützt der Zusatzbereich 35 bzw. Verlängerungsbereich 35 des Gehäuses den zweiten Substratbereich 22 ohne mechanischen Kräfte, beispielsweise durch unterschiedliche Temperaturkoeffizienten oder dgl. auf den zweiten Substratbereich 22 und insbesondere auf den aktiven Bereich 23 der Sensoranordnung auszuüben. Dies deshalb, weil der Verlängerungsbereich 35 einen Abstand zum zweiten Substratbereich 22 einhält, wobei dieser Abstand mittels des Bezugszeichens 24 in der 3 angedeutet ist. Die 3 weist weiterhin eine Schnittlinie AA auf, wobei die 4 im wesentlichen eine Schnittdarstellung (mit gewissen Abweichungen) entlang der Schnittlinie AA aus der 3 darstellt.
  • In 4 ist die erwähnte, schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie AA (mit Abweichungen) aus der 3 dargestellt, wobei die Sensoranordnung 10 wiederum das Substrat 20, den ersten Substratbereich 21, den zweiten Substratbereich 22, den aktiven Bereich 23, das weitere Substrat 26, den Verlängerungsbereich 35 und das Leitungsgitter 25 bzw. den Leadframe 25 umfaßt.
  • 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erste erfindungsgemäße Sensoranordnung. Dargestellt sind zunächst aus der 3 bekannte Elemente. Das Substrat 20 weist einen ersten Substratbereich 21 auf, der hier nicht sichtbar ist. Das Substrat 20 weist weiter einen zweiten Substratbereich 22 und, davon durch eine Strichpunktlinie unterschieden, einen dritten Substratbereich 28 auf, wobei der zweite und dritte Substratbereich 22 und 28 in der Öffnung 33 des Gehäuses 30 angeordnet sind. Der dritte Substratbereich 28 ist wenigstens teilweise durch einen Träger 25 unterstützt. Dieser Träger 25 kann Teil des Leitungsgitters 25 sein, wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Träger 25 kann an oder in dem Gehäuse 30 angeordnet bzw. befestigt sein. Die 5 weist weiterhin eine Schnittlinie AA auf, wobei die 6 im wesentlichen eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie AA aus der 3 darstellt.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Schnittdarstellung durch eine erste erfindungsgemäße Sensoranordnung in Anlehnung an die Schnittlinie AA aus 5. Erkennbar ist die Unterstützung des Substrats 20 im dritten Substratbereich 28 mittels des Trägers 25. Der erste Substratbereich 21 ist deutlich kleiner gestaltet als im Stand der Technik. Indem das Substrat 20 im dritten Substratbereich 28 durch den Träger 25 getragen wird, ist dennoch ein Verkippen des Substrats 20 bei Montage der Sensoranordnung 10 ausgeschlossen.
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung der ersten erfindungsgemäßen Sensoranordnung in Durchsicht. Der Träger 25 unterstützt das Substrat 20 im dritten Substratbereich 28 in der gesamten Überdeckungsfläche durch bloße Auflage des Substrats 20 auf dem Träger 25. Das Substrat 20 und der Träger 25 sind hier nicht fest miteinander verbunden. Der Träger 25 ist in dieser Ausführungsform mit dem übrigen Leitungsgitter 25 verbunden.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Sensoranordnung in Durchsicht. Der Träger 25 weist im Bereich des dritten Substratbereichs 28 zwei Ausformungen auf und trägt das Substrat 20 in diesem Bereich im wesentlichen nur punktuell. Der Träger 25 ist weiterhin mit dem Substrat 20 im dritten Substratbereich 28 fest verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise eine Klebeverbindung sein. Zusätzlich weist der Träger 25 im Bereich der Öffnung 33 des Gehäuses 30 eine federnde Struktur auf, die hier schematisch angedeutet ist. Die federnde Struktur dient dazu, mechanische Kräfte, die der Träger 25 auf das Substrat 20 im dritten Substratbereich 28 ausüben könnte, zu minimieren. Der Träger 25 ist in dieser Ausführungsform nur mit dem Gehäuse 30 und nicht mit dem Leitungsgitter 25 verbunden. Er kann aber alternativ auch mit dem Leitungsgitter 25 verbunden sein.

Claims (5)

  1. Sensoranordnung (10) mit einem Substrat (20) und mit einem Gehäuse (30), wobei das Gehäuse (30) das Substrat (20) in einem ersten Substratbereich (21) im wesentlichen vollständig umgibt, wobei das Gehäuse (30) in einem zweiten Substratbereich (22) zumindest teilweise mittels einer Öffnung (33) geöffnet vorgesehen ist, wobei im Bereich der Öffnung (33) der zweite Substratbereich (22) aus dem Gehäuse (30) ragend vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (20) in einem dritten Substratbereich (28) wenigstens teilweise durch einen Träger (25), der mit dem Gehäuse (30) verbunden ist, getragen wird.
  2. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (20) im dritten Substratbereich (28) wenigstens teilweise auf dem Träger (25) aufliegt.
  3. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (20) im dritten Substratbereich (28) wenigstens teilweise mit dem Träger (25) fest verbunden ist.
  4. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (25) federnd ausgebildet ist.
  5. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (25) Teil eines Leitungsgitters ist.
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