DE102007012335B4

DE102007012335B4 - Sensorbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauteils

Info

Publication number: DE102007012335B4
Application number: DE102007012335A
Authority: DE
Inventors: Dr. Theuss Horst; Thomas Herndl; Dr. Weber Werner; Joachim Weitzel; Albert Auburger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: US7775115B2; US20080227235A1; DE102007012335A1

Abstract

Vorrichtung zum Erfassen einer Messgröße, umfassend: einen Sensorchip (170), um die Messgröße zu erfassen; eine Versorgungseinrichtung (180), um eine Energieversorgung bereitzustellen; und ein Spritzgussgehäuse (100, 100') zur Aufnahme des Sensorchips (170) und der Versorgungseinrichtung (180), wobei das Spritzgussgehäuse (100, 100') integrierte Leiterbahnen (160a, 160b, 160c) aufweist, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensorchip (170) und der Versorgungseinrichtung (180) bereitstellen, wobei das Spritzgussgehäuse (100, 100') zumindest zwei Komponenten aufweist, die sich hinsichtlich ihrer Dielektrizitätskonstante und/oder hinsichtlich ihres Verlustfaktors um zumindest 50% voneinander unterscheiden.

Description

Hintergrund
Die Erfindung bezieht sich auf ein Sensorbauteil und auf ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauteils.
Unter einem Sensorknoten wird eine Kombination elektronischer Komponenten verstanden, welche über einen Sender oder über mehrere, ggf. verschiedene Sensoren gemessene Informationen drahtlos, z. B. per Hochfrequenzsignal, an einen Empfänger bzw. an weitere Sensorknoten senden. Ein Beispiel für Sensorknoten sind Reifendrucksensoren, die im Inneren eines Reifens angeordnet sind, einen Reifendruck messen und die Sensorinformation drahtlos nach außen senden, also an einen Empfänger oder auch einen weiteren Sensor außerhalb des Reifens. Zum Teil werden neben der Messung des Reifendrucks auch noch weitere Signale wie Rotation und/oder Temperatur erfasst und verarbeitet. Kommunizieren mehrere solche Sensorknoten miteinander, so wird von einem Sensornetzwerk gesprochen.
Zusammenfassung
Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen eine Vorrichtung zum Erfassen einer Messgröße umfassend einen Sensorchip, um die Messgröße zu erfassen, eine Versorgungseinrichtung, um eine Energieversorgung bereitzustellen, und ein Spritzgussgehäuse zur Aufnahme des Sensorchips und der Versorgungseinrichtung, wobei das Spritzgussgehäuse integrierte Leiterbahnen aufweist, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensorchip und der Versorgungseinrichtung bereitstellen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A zeigt eine Querschnittsansicht eines Gehäuses zur Aufnahme von Sensorkomponenten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
1B zeigt eine Querschnittsansicht des Gehäuses aus 1A mit einem darin angeordneten Drucksensor und einer darin angeordneten Energieversorgung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2 zeigt eine Querschnittsansicht durch ein Gehäuse mit mehreren übereinander angeordneten Komponenten, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bevor im Folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
Konventionelle Gehäuse erfordern einen kostenintensiven Herstellungsprozess und erlauben nur eine begrenzte Miniaturisierungsmöglichkeit und nur begrenzte Optimierungsmöglichkeiten im Gesamtdesign. Darüber hinaus wirken verschiedenste Montageprozesse auf den Sensorchip, der üblicherweise sehr empfindlich auf mechanische Belastungen reagiert. Konventionelle Lösungen bzw. konventionelle Sensorknoten bestehen aus Subkomponenten, die in Sub-Gehäusen montiert sind. Ein Beispiel ist eine Kombination eines Sensors und eines Sensor-ASICs in einem Gehäuse. Diese Sub-Pakete werden zusammen mit weiteren Bauteilen (inklusive Batterie und einer Antenne) auf einer Leiterplatte (PCB) montiert und mit Kunststoff umspritzt. Die hierfür erforderlichen Herstellungslinien führen zu einem kostenintensiven Herstellungsprozess. Ferner bieten die konventionellen Lösungen nur eine begrenzte Miniaturisierungsmöglichkeit und nur eine begrenzte Optimierungsmöglichkeit im Gesamtdesign – insbesondere erweisen sich dreidimensionale Anordnungen bzw. dreidimensionale Varianten als problematisch. Schließlich wirken verschiedenste Montageprozesse auf den Sensorchip ein, z. B. mehrere Umspritzprozesse. Da der Sensorchip empfindlich auf mechanische Belastungen reagieren kann, erweist sich die konventionelle Prozessführung als problematisch bzw. als fehleranfällig.
Für Sensorknoten existieren ferner besonderes Anforderungen im Hinblick auf die Gehäusetechnik. Das Gehäuse sollte eine Leistungsversorgung enthalten, die im einfachsten Fall eine Batterie sein kann oder auch ein Energy-Harvesting- oder Energy-Scavenging-System umfassen kann. Letztere sind energieautarke Systeme, welche aus der Umgebung (z. B. aus Vibrationen, Temperaturgradienten oder Sonnenenergie) die Energie erzeugen oder Umgebungsenergie in elektrisch nutzbare Energie umwandeln. Beim Energy-Harvesting oder Energie-Scavenging werden z. B. Piezoeffekte, induktive Effekte oder auch thermoelektrische Effekte ausgenutzt. Bei einer weiteren Variante wird die benötigte Energie von Außen durch elektromagnetische Wellen eingestrahlt. Als weitere Anforderung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse eine Integrationsmöglichkeit für eine HF-Antenne hat und sensortauglich ist, d. h. ein zu messendes Signal erreicht einen Sensor oder einen Sendechip. Im Fall eines Drucksensors kann eine Öffnung zur aktiven Fläche des Sensorchips vorgesehen sein, so dass ein Druck in der Umgebung an den Sensor anliegen kann. Ein solcher Sensorknoten kann verschiedene Subkomponenten aufweisen, z. B. einen Sensorchip, einen Sensor-ASIC (ASIC = anwenderspezifische integrierte Schaltung), weitere Chips, die Sender, Empfänger und/oder Transceiver aufweisen können, sowie Resonatoren, passive Bauelemente etc. Das Gehäuse kann auch Umverdrahtungsoptionen ermöglichen, also eine Möglichkeit, die Subkomponenten oder Bauelemente leitend miteinander zu verbinden. Schließlich kann die Größe des Sensorknotens durch das Gehäuse nicht unnötig aufgebläht werden, d. h. das Gehäuse kann eine dreidimensionale kompakte Bauweise ermöglichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen einer Messgröße, wobei die Vorrichtung eine Sensoreinrichtung oder einen Sensorchip zum Erfassen der Messgröße, eine Versorgungseinrichtung zum Bereitstellen einer Energieversorgung und ein Spritzgussgehäuse zur Aufnahme des Sensorchips und der Versorgungseinrichtung aufweist, wobei das Spritzgussgehäuse integrierte Leiterbahnen aufweist, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensorchip und der Versorgungseinrichtung bereitstellen. Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen ferner eine Einrichtung zum drahtlosen Übertragen von Informationen, wobei die Einrichtung zum drahtlosen Übertragen ebenfalls in dem Spritzgussgehäuse untergebracht ist. Ausführungsbeispiele umfassen ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorbauteils, wobei ein Spritzgussgehäuse mit einem Hohlraum bereitgestellt wird, in den ein Sensor und ein Energieversorgungselement eingebracht werden, so dass der Sensor und das Energieversorgungselement durch das Kunststoffbauteil geschützt werden können.
Bei Ausführungsbeispielen ist das Spritzgussgehäuse ein Kunststoffbauteil, wobei des Spritzgussgehäuse zumindest einen Hohlraum aufweist, in welchem der Sensorchip und/oder die Versorgungseinrichtung angeordnet ist. Dabei kann eine kompakte dreidimensionale Anordnung gewählt werden, d. h. der Sensorchip und die Versorgungseinrichtung können übereinander angeordnet sein. Somit umfasst die Vorrichtung oder der Sensorknoten ein möglichst kleines Volumen. Außerdem kann die Versorgungseinrichtung einen Energieerzeuger aufweisen, der beispielsweise aus einem Umfeld bzw. aus Umgebungsbedingungen elektrische Energie erzeugen kann. Die Erzeugung der Energie kann dabei beispielsweise aus einer mechanischen Bewegung (z. B. Vibrationen, Drehungen usw.) erfolgen oder aber auch durch eine Leistungseinstrahlung geschehen. Weitere Ausführungsbeispiele können einen Energieaufnehmer, z. B. eine Antenne, umfassen. Ferner kann die Einrichtung zum drahtlosen Übertragen einen Empfänger und/oder einen Sender oder auch einen Transceiver aufweisen, so dass der Sensorknoten in der Lage ist, Informationen mit einer Basisstation oder einem anderen Sensorknoten auszutauschen.
Das Spritzgussgehäuse kann als ein so genanntes MID-Gehäuse (MID = Molded Interconnect Device) ausgebildet sein, welches ein dreidimensionales Kunststoffteil mit zumindest einem Hohlraum und integrierten Leiterbahnen ist. Die Versorgungseinrichtung, die beispielsweise ein Energieversorgungselement aufweist, kann dabei derart ausgelegt sein, dass sie gleichzeitig als ein Deckel für den Hohlraum dient. Das ist z. B. dadurch möglich, dass das Energieversorgungselement eine Batterie aufweist und die Batterie gleichzeitig den Deckel darstellt. Um ein Senden bzw. ein Empfangen von Daten oder auch um eine Leistungseinstrahlung zu ermöglichen, können Ausführungsbeispiele ferner eine Antenne aufweisen, wobei die Antenne z. B. an einer Außenwand des Kunststoffbauteils (MID-Gehäuse) angebracht sein kann. Das MID-Gehäuse kann ferner aus zumindest zwei Komponenten (z. B. durch 2-Komponenten Spritzguss) gebildet sein, wobei die zwei Komponenten sich hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Eigenschaften voneinander unterscheiden können. Beispielsweise können sich beide Komponenten hinsichtlich ihrer Dielektrizitätskonstante und/oder hinsichtlich des Verlustfaktors unterscheiden, wobei die Antenne an einer Stelle des MID-Gehäuses angebracht sein kann, an der die Dielektrizitätskonstante höher ist.
Der Sensorknoten oder das Sensorbauteil kann einen Drucksensor aufweisen. Es können aber auch noch weitere Sensoren integriert sein. Beispiele für weitere Sensoren sind Sensoren zur Erfassung einer Beschleunigung, einer Drehung, einer Geschwindigkeit, von Umgebungsparametern (z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit), für eine optische oder akustische Erfassung. Es können auch mehrere Sensoren vorgesehen sein, z. B. ein Drucksensor mit einem oder mehreren der erwähnten weiteren Sensoren (z. B. kann vorgesehen sein, einen Druck nur dann zu erfassen, wenn über einen Drehsensor eine Drehung des Rades erfasst wird). Ferner kann der Hohlraum des MID-Gehäuses eine Vergussmasse aufweisen, die als Abschluss bzw. als Schutz der Komponenten des Sensorbauteils dient. Dies kann einen Schutz vor äußeren Bedingungen wie Feuchtigkeit oder schnellen Temperaturschwankungen aber auch die Möglichkeit zum Abfedern von mechanischen Stößen umfassen. Gleichzeitig kann mittels der Vergussmasse der Halt der Komponenten in dem Gehäuse erhöht werden. Die Vergussmasse kann ein Silikongel umfassen.
Ausführungsbeispiele können einen Sensorknoten in einem so genannten MID-Gehäuse realisieren, welches ein dreidimensionales Kunststoffteil als Ausgangspunkt bildet. Dieses Kunststoffteil wird strukturiert metallisiert, d. h. Metallstrukturen (z. B. Leiterbahnen) werden auf dem Kunststoff aufgebracht oder erzeugt, die der Kontaktierung der verschiedenen Komponenten dienen. Hierfür sind verschiedene Technologien bekannt. Beispiele sind: ein 2-Komponenten-Spritzguss (2k-Molden) mit späterer galvanischer oder chemischer (stromloser) Verstärkung der Leiterbahnen; eine Abscheidung (Deposition) eines Seed-Layers, welcher später ebenfalls galvanisch oder chemisch verstärkt wird, oder auch eine Laser-Direktstrukturierung (LDS). Das strukturierte Kunststoffteil (MID) kann dann als dreidimensionales Substrat dienen, in dem bzw. auf dem die Einzelchips bzw. Bauteile montiert werden. Das strukturierte Kunststoffteil (MID) kann einen Hohlraum aufweisen, der später mit einem Polymer (z. B. Silikongel) vergossen werden kann. In dem MID-Gehäuse können Löcher (Öffnungen) vorgesehen werden, die einen Signaleintritt für Sensoren (z. B. für eine Druckmessung) ermöglichen. Ferner können auch andere metallische Strukturen aufgebracht werden, so dass z. B. Antennen integriert werden können, wahlweise auf den Innen-, Seiten- oder Außenflächen. Zusätzlich können MID-Teile so geformt sein, dass sie zweiseitig metallisiert werden können (innen und außen), und durch ein metallisiertes Loch (via-hole) kann eine Durchkontaktierung vorgenommen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können ein kostengünstiges Gehäuse für den Sensorknoten bieten, d. h. ein einziges Gehäuse für alle Subkomponenten, wodurch mehrere verschachtelte Gehäuse vermieden werden können. Im Weiteren können Ausführungsbeispiele der Erfindung eine große Designfreiheit durch das dreidimensionale Substrat in Form des MID-Gehäuses bieten. Außerdem kann die Option einer spannungsarmen Chipmontage in dem vorgespritzten Hohlraum mit abschließendem Verguss durch ein weiches Polymer für Sensorchips vorteilhaft sein. Unter Umständen kann auf ein Vergießen verzichtet werden, sofern für die geforderte Zuverlässigkeit ein Aufbringen eines Deckels ausreicht. Schließlich können Ausführungsbeispiele eine elegante Integrationsmöglichkeit für die Antenne und die Leistungsversorgung des Sensorknotens bieten.
Ferner kann aufgrund des geringen Leistungsverbrauchs bei Sensorknoten auf eine Abführung der Wärme bzw. eine Entwärmung verzichtet werden. Auch deshalb ist das MID-Gehäuse für diese Anwendung geeignet. Sollte es bei Ausführungsbespielen erforderlich sein, Wärme abzuleiten, können Wärmeverteiler (Heatspreader) oder eine Wärmesenke (Heatsink) integriert werden. Dies kann beispielsweise mittels eines entsprechenden Metallteils, das in das MID-Gehäuse eingespritzt wird, geschehen. Z. B. kann eine Metallplatte auf einen Wärme-Entwickelnden Chip aufgebracht bzw. in direktem Kontakt gebracht werden.
Ausführungsbeispiele beschreiben ein in einem MID-Gehäuse integriertes Sensorknoten-Bauelement, wobei das Bauelement beispielsweise ein MID-Teil, einen Sensor (z. B. ein Sensorchip), einen Transceiver (oder Sender und Empfänger), eine Antenne und eine Leistungsversorgung, die auch als ein Engergy-Harvesting-System ausgeführt sein kann, umfasst. Das MID-Gehäuse kann auch auf spezielle Zielanwendungen, wie beispielsweise Sensorknoten für Reifendrucksysteme (TPMS = Tire Pressure Monitoring System), ausgelegt sein.
Ein Verfahren zur Herstellung des Sensorbauteils kann folgende Herstellungsschritte aufweisen. Zuerst wird das Spritzgussgehäuse hergestellt, z. B. durch ein Spritzguss-Einkomponenten- oder Mehrkomponentenverfahren. Dann werden Metallstrukturen aufgebracht, die beispielsweise Leiterbahnen oder großflächige Metallisierungen umfassen können. Dies kann durch das oben beschriebene Verfahren oder auch durch ein Strukturieren mittels photolithographischer Prozesse oder durch Laserbeschichtung geschehen und ferner ein Ausbilden der Antenne einschließen. Anschließend werden Subkomponenten bestückt, wie beispielsweise Halbleiterchips, passive Bauelemente, andere Sensorchips, weitere bereits gehäuste Subkomponenten, Antennen oder auch, falls in der bestückbaren Ausführung vorgesehen, eine Komponente, die eine Leistungsversorgung umfasst. Das Bestücken der Subkomponenten kann beispielsweise durch ein Kleben, Löten oder eine Thermokompression geschehen. Sofern vorgesehen, können weitere elektrische Verbindungsverfahren wie beispielsweise ein Drahtbonden vorgenommen werden, mit denen die Subkomponenten mit den Leiterbahnen des Spritzgussgehäuses elektrisch leitend verbunden werden. Dadurch können die Subkomponenten direkt elektrisch miteinander zusammengeschlossen werden. Schließlich wird ein Abschluss in Form eines Verkapselns vorgenommen. Dies kann beispielsweise durch ein Bonden eines Deckels oder durch einen Polymerverguss unter Verwendung beider Verfahren geschehen.
1A zeigt eine Querschnittsansicht eines Gehäuses 100 zur Aufnahme von Sensorkomponenten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Gehäuse 100 ist ein MID-Gehäuse das strukturiert ist, um einen durch Seitenwände 110 begrenzten Hohlraum 120 aufzuweisen, der einen oberen Hohlraum 120a und einen unteren Hohlraum 120b umfasst. Der obere Hohlraum 120a umfasst die Seitenwände 110a und den oberen Boden 130a. In dem oberen Boden 130a ist der untere Hohlraum 120b angeordnet, der durch Seitenwände 110b begrenzt ist und einen unteren Boden 130b aufweist. In dem unteren Boden 130b ist einen Öffnung 140 gebildet. Ferner umfasst das MID-Gehäuse 100 eine obere Öffnung 150. In 1A sind ferner drei Leiterbahnen 160a, 160b und 160c gezeigt, die sich jeweils von dem unteren Boden 130b über die Seitenwand 110b des unteren Hohlraums 120b auf den oberen Boden 130a des oberen Hohlraums 120a erstrecken.
Das in 1A gezeigte Gehäuse 100 kann durch einen Spritzgussprozess erhalten werden, der einen modifizierten Kunststoff verwendet, der abhängig von dem erwünschten Einsatz des Gehäuses einen laseraktivierbaren Kunststoff, z. B. als Schaltungsträger, einen magnetischen Kunststoff, leitfähige Polymere und/oder einen optischen Kunststoff, z. B. einen polymeren Lichtwellenleiter, umfassen kann. Das Spritzgießen kann eine hohe geometrische Gestaltungsfreiheit und feine Strukturen, z. B. < 100 μm, ermöglichen. Anschießend kann ein Laserstrukturierungsprozess durchgeführt werden, während dem Metallisierungsbereiche des Gehäuses bekeimt und aufgeraut werden (Schreiben von Leiterbahnen). Das Laserstrukturieren kann eine Flexibilität bei Änderungen des Schaltungslayouts ermöglichen und kann mit niedrigen Werkzeugkosten einhergehen, wobei das Layout werkzeugunabhängig sein kann. Nach dem Laserstrukturieren erfolgt eine Metallisierung der bekeimten Bereiche, z. B. durch einen chemisch reduktiven Prozess oder eine chemische Abscheidung des Metalls für die Leiterbahn.
1B zeigt eine Querschnittsansicht des Gehäuses 100 aus 1A mit einem darin angeordneten Sensorchip 170 und einem darin angeordneten Energieversorgungselement 180 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Sensorchip 170 ist in dem unteren Hohlraum 120b über der Öffnung 140 angeordnet. Das Energieversorgungselement 180 ist in dem ersten Hohlraum 120a angeordnet. Die Öffnung 140 ermöglicht einen Zugang einer Messgröße (z. B eines Drucks), die durch den Sensorchip 170 erfasst wird. Der Sensorchip 170 kann ein Drucksensor sein, wobei in diesem Fall die Öffnung 140 ein einfaches Loch in dem Spritzgussgehäuse 100 sein kann. Der Sensorchip 170 ist mit den in 1A gezeigten Leitebahnen 160a bis 160c elektrisch verbunden, z. B. durch Lötverbindungen oder dergleichen. Ebenso ist das Energieversorgungselement 180 mit den in 1A gezeigten Leitebahnen 160a und 160b elektrisch verbunden, so dass der Sensorchip 170 über die Leitungen 160a und 160b die für den Betrieb erforderliche elektrische Energie erhalten kann. Die Leiterbahn 160c kann vorgesehen sein, um ein Messsignal von dem Sensorchip 170 auszugeben, z. B. an eine in 1B nicht gezeigte Verarbeitungsschaltung.
Die Funktion des MID-Gehäuses 100 kann eine mehrfache sein: (a) als Gehäuse kann es den Sensorchip 170 und das Energieversorgungselement 180 in einer festen Position zueinander halten; (b) als Gehäuse kann es den Sensorchip 170 und das Energieversorgungselement 180 vor äußeren Einflüssen, z. B. Verschmutzung etc., schützen; (c) als Teil einer Hohlraumaußenwand kann es Teil eines gasdichten Hohlraums mit einem vorbestimmten Gasdruck sein; und/oder (d) als Träger der Leiterbahnen 160a, 160b, 160c kann es der elektrischen Kontaktierung des Sensorchips 170 mit dem Energieversorgungselement 180 dienen. Die Multifunktionalität des MID-Gehäuses 100 kann dafür sorgen, dass mit dem Montieren des Sensorchips 170 und dem Montieren des Energieversorgungselement 180 in das MID-Gehäuse 100 ein vor Umgebungsbedingungen geschützter Hohlraum und gleichzeitig eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensorchip 170 und dem Energieversorgungselement 180 geschaffen wird.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Gehäuse 100' drei Hohlräume aufweist, den oberen Hohlraum 120a, den unteren Hohlraum 120b und einen mittleren Hohlraum 120c. In dem unteren Hohlraum 120b ist der Sensorchip 170 angeordnet, in dem mittleren Hohlraum 120c ist eine weitere Subkomponente 190 angeordnet, und in dem oberen Hohlraum 120a ist das Energieversorgungselement 180 angeordnet. Das Spritzgussgehäuse 100' umfasst die Öffnung 140 auf, um einer Messgröße einen Zugang zu dem Sensorchip 170 zu ermöglichen. Zwischen dem Sensorchip 170 und dem Gehäuse kann um die Öffnung herum ein Abdichtmaterial 192 vorgesehen sein, um z. B. bei Erfassen eines Aussendrucks sicherzustellen, dass nur der Aussendruck an dem Sensorchip 170 anliegt. Außerdem weist der Hohlraum die strukturierte Metallisierung, die Leiterbahnen 160a und 160b auf. Die Leiterbahn 160a erstreckt sich von dem unteren Hohlraum 120c über den mittleren Holraum 120c zu dem oberen Hohlraum 120a. Die Leiterbahn 160b erstreckt sich von dem unteren Hohlraum 120c nur zu dem mittleren Holraum 120c. Eine Drahtbondverbindung 200 verbindet den in dem oberen Hohlraum 120a gebildeten Abschnitt der Leiterbahn 106a mit einem Kontakt 201 des Energieversorgungselements 180. Die Subkomponente 190 umfasst mehrere Kontakte 190a, 190b, 190c und 190d. Der Kontakt 190a ist über einen Bonddraht 202 mit dem in dem mittleren Hohlraum 120c gebildeten Abschnitt der Leiterbahn 106a verbunden. Der Kontakt 190b ist über einen Bonddraht 204 mit einem Anschluss 206 verbunden. Der Kontakt 190c ist über einen Bonddraht 208 mit dem in dem mittleren Hohlraum 120c gebildeten Abschnitt der Leiterbahn 106b verbunden. Der Kontakt 190d ist über einen Bonddraht 210 mit einem weiteren Anschluss 212 verbunden. Der Sensorchip 170 ist ebenfalls mit den Leiterbahnen 160a und 160b verbunden. Ferner kann eine Vergussmasse 242 den Hohlraum 120 ganz oder teilweise füllen und optional kann ein Deckel 240 die obere Öffnung 150 verschließen. An einer Seitenfläche 250 des Spritzgussgehäuses 100' kann eine Antennenstruktur 260, die eine oder mehrere Komponenten 260a, 260b , 260c umfassen kann, angebracht sein. Die Subkomponente 190 kann mehrere Teile oder verschiedene elektrische Bauelemente aufweisen. Zum Beispiele können Halbleiterchips, Resonatoren oder auch passive Bauelemente einen Teil der Subkomponente 190 bilden (z. B. Tranceiver-Systeme bzw. eine Sende/Empfangseinheit, Auswertechips für die Sensorsignale, etc.). Die Antennenstruktur 260 kann beispielsweise durch die Öffnung 140 oder aber auch durch eine weitere Öffnung oder eine Durchkontaktierung (nicht in der 2 gezeigt) kontaktiert werden. Möglich wäre auch eine weitere Metallisierung von außen herum, d. h. entlang einer Außenwand des Gehäuses 100', hin zu der Seitenfläche 250 zu führen.
Der Sensorchip 170 kann einen Sensor zur Messung eines Druckes sein, wobei in diesem Fall eine aktive Sensorfläche 270, z. B. ein Membranbereich, über der Öffnung 140 des Spritzgussgehäuses 100' angeordnet ist. Das Spritzgussgehäuse 100' kann als MID-Gehäuse ausgebildet sein. Der Sensorchip 170 kann noch weitere Sensoren aufweisen, die beispielsweise einen Bewegungssensor oder Drehsensor oder Temperatursensor umfassen können. Weitere Möglichkeiten für den Sensor oder Sensorchip umfassen einen Sensor mit beweglichen Teilen, wie beispielsweise MEMS-Strukturen (MEMS = mirco electro mechanical system) mit oder ohne Membran oder auch Sensoren mit unbeweglichen Elementen wie beispielsweise einen ISFET (ion sensitive field effect transistors) oder allgemein Fluidsensoren.
Das Energieversorgungselement 180 kann eine Batterie sein, die eine Leistungsversorgung sicherstellt. Eine Leistungsversorgung kann jedoch auch eine Energieerzeugung umfassen, ggf. zusätzlich zu der Batterie, z. B. durch eine Leistungseinstrahlung. Im diesem Fall kann das Energieversorgungselement 180 eine entsprechende Empfangseinrichtung (z. B. eine weitere Antenne) aufweisen. Eine Energieerzeugung kann auch eine Nutzung von Vibrationsenergie bzw. Rotationsenergie oder auch einen Nutzung der Umgebungstemperatur umfassen. Die Subkomponente 190 kann eine anwenderspezifische Schaltung für den Sensorchip 170 (Sensor-ASIC) oder Hochfrequenzteile (HF-Teile) bzw. Resonatoren umfassen. Die Subkomponente 190 können beispielsweise Steuer-, Regel- oder Auswertefunktionen für den Sensorchip 170 übernehmen. Die strukturierten Metallisierungen 160a bis 160c können auf einer Innenfläche des MID-Gehäuses 100' aufgebracht sein, wobei die strukturierten Metallisierungen 160a bis 160c Leiterbahnen und Chip-Pads aufweisen können. Anstelle der Drahtbonds können auch Flip-Chip-Verbindungen vorgesehen sein. Die Vergussmasse und der Deckel sind optionale Bestandteile des Sensorbauteils und können zum besseren Schutzes der Komponenten (des Sensorchips 170, des Energieversorgungselementes 180, der Subkomponente 190 etc.) beispielsweise vor Feuchtigkeit, Erschütterungen und auch zur Isolation vorgesehen sein. Die Vergussmasse kann ein Silikongel oder ein anderes Polymer aufweisen. Die Antenne kann eine strukturierte Metallisierung auf dem Kunststoffbauteil bzw. dem MID-Gehäuse 100' sein. Die Antenne kann der Übermittlung von Sensordaten an eine Basisstation oder an andere Sensorknoten (nicht gezeigt) bzw. dem Empfangen von Steuerinformationen von der Basisstation dienen. Die Antenne kann, ggf. gleichzeitig, einer Leistungsaufnahme bzw. einem Empfang einer Leistungseinstrahlung (wie es beispielsweise von RFID-Chips bekannt ist) dienen. Um eine Übermittlung und einen Empfang von Informationen zu ermöglichen, kann die Subkomponente beispielsweise einen Sender, einen Empfänger oder einen Transceiver aufweisen, der mit der Antenne verbunden ist.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen können auch einzelne Bauteile außerhalb, z. B. auf der Unterseite oder einer Seitenfläche des Gehäuses 100 bzw. 100' montiert sein. Ebenso ist es möglich, dass einzelne Bauteile in vertikaler Form, also nicht planar (in Bezug auf dem Deckel 240) ausgebildet sind. Dies kann innerhalb oder außerhalb des MID-Gehäuses geschehen. Die Batterie kann als Deckel 240 verwendet werden. Der Deckel 240 kann ferner als Verdrahtungsträger dienen, und eine oder mehrerer weitere Subkomponenten können auf dem Deckel 240 montiert werden. Der Deckel kann zweiseitig metallisiert sein und Durchkontaktierungen aufweisen.
Das Spritzgussgehäuse kann unter Verwendung eines Zwei-Komponentenspritzgusses (2k-Molden) bzw. eines Mehrkomponentenspritzgusses gefertigt werden. Das fertige Spritzgussgehäuse kann mindestens zwei Materialen aufweisen, die sich beispielsweise bezüglich ihrer elektromagnetischen Eigenschaften wie z. B. der Dielektrizitätskonstante oder des Verlustfaktors unterscheiden und so gewählt sein, dass die Hochfrequenz-Eigenschaften (HF), z. B. Sende- und Empfangseigenschaften, des Gesamtsystems optimiert werden. Ein Beispiel dafür ist ein „High-Epsilon” Material (d. h. mit hoher Dielektrizitätskonstanten) als Untergrund bzw. Unterlage für die Antenne 260 bzw. die Antennenstruktur. Die Erhöhung der Dielektrizitätskonstante kann eine Verkleinerung der Antennenstruktur ermöglichen (bei gleicher Frequenz).
Der Sensor kann einen Halbleitersensor umfassen und mit beweglichen Teilen als MEMS-Struktur ausgestaltet sein. Der Sensor oder Sensorchip kann an einer Wand des Spritzgussgehäuses angebracht sein. Ebenso kann die Versorgungseinrichtung an einer Wand des Spritzgussgehäuses angeordnet sein.
Die Öffnung in dem Spritzgussgehäuse kann vorgesehen sein, wenn eine externe Messgröße direkt an den Sensor angelegt werden soll. Ist dies nicht erforderlich, z. B. bei einem Beschleunigungssensor, so kann die Öffnung 140 weggelassen werden. Ferner kann als Schutz eine Membrane vorgesehen sein, die die Öffnung 140 verschließt, sofern die Membran derart ausgelegt, dass z. B. eine Druckübertragung zwischen dem Innen- und Außenraum möglich ist. Die Öffnung kann durch eine Glasabdeckung geschützt sein, sofern eine Strahlung detektiert werden soll.
Bezugszeichenliste

100, 100': Spritzgussgehäuse
110: Seitenwand
110a: obere Seitenwand
110b: untere Seitenwand
120: Hohlraum
120a: oberer Hohlraum
120b: unterer Hohlraum
120c: mittlerer Hohlraum
130a: oberer Boden
130b: unterer Boden
140: untere Öffnung
150: obere Öffnung
160a–c: Leiterbahn
170: Sensorchip
180: Energieversorgungselement
190: Subkomponente
192: Abdichtmaterial
200: Bondverbindung
201: Elektrode
202, 204: Bondverbindung
206: Anschluss
208, 210: Bondverbindung
212: Anschluss
240: Deckel
242: Vergussmasse
250: Seitenwand
260: Antennenstruktur
260a–c: Antenne
270: aktive Sensorfläche

Claims

Vorrichtung zum Erfassen einer Messgröße, umfassend: einen Sensorchip (170), um die Messgröße zu erfassen; eine Versorgungseinrichtung (180), um eine Energieversorgung bereitzustellen; und ein Spritzgussgehäuse (100, 100') zur Aufnahme des Sensorchips (170) und der Versorgungseinrichtung (180), wobei das Spritzgussgehäuse (100, 100') integrierte Leiterbahnen (160a, 160b, 160c) aufweist, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensorchip (170) und der Versorgungseinrichtung (180) bereitstellen, wobei das Spritzgussgehäuse (100, 100') zumindest zwei Komponenten aufweist, die sich hinsichtlich ihrer Dielektrizitätskonstante und/oder hinsichtlich ihres Verlustfaktors um zumindest 50% voneinander unterscheiden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Einrichtung zum drahtlosen Übertragen einer Information aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das Spritzgussgehäuse (100, 100') zumindest einen Hohlraum (120, 120a, 120b, 120c) aufweist, in dem der Sensorchip (170) und/oder die Versorgungseinrichtung (180) angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Sensorchip (170) und die Versorgungseinrichtung (180) übereinander angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Versorgungseinrichtung (180) einen Energieerzeuger aufweist, um aus einem Umfeld elektrische Energie zu erzeugen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der die Energieerzeugung unter Nutzung einer Bewegung oder durch eine Leistungseinstrahlung erfolgt.
Vorrichtung zum Erfassen einer Messgröße, umfassend: einen Sensorchip (170), um die Messgröße zu erfassen; eine Einrichtung (190, 260) zum drahtlosen Übertragen einer Information; und ein Spritzgussgehäuse (100, 100') zur Aufnahme des Sensorchips (170) und der Einrichtung zum drahtlosen Übertragen, wobei das Spritzgussgehäuse (100, 100') integrierte Leiterbahnen (160a, 160b, 160c) aufweist, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensorchip (170) und der Einrich- tung zum drahtlosen Übertragen bereitstellen, wobei das Spritzgussgehäuse (100, 100') zumindest zwei Komponenten aufweist, die sich hinsichtlich ihrer Dielektrizitätskonstante und/oder hinsichtlich ihres Verlustfaktors um zumindest 50% voneinander unterscheiden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, die ferner eine Versorgungseinrichtung (180), um eine Energieversorgung bereitzustellen, aufweist.
Sensorbauteil, umfassend: einen Sensorchip (170); ein Energieversorgungselement (180); und ein Spritzgussgehäuse (100, 100'), das den Sensorchip (170) und das Energieversorgungselement (180) enthält, wobei das Spritzgussgehäuse (100, 100') integrierte Leiterbahnen (160a, 160b, 160c) aufweist, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensorchip (170) und dem Energieversorgungselement (180) bereitstellen, wobei das Spritzgussgehäuse (100, 100') zumindest zwei Komponenten aufweist, die sich hinsichtlich ihrer Dielektrizitätskonstante und/oder hinsichtlich ihres Verlustfaktors um zumindest 50% voneinander unterscheiden.
Sensorbauteil gemäß Anspruch 9, das ferner einen Sender (242) aufweist.
Sensorbauteil gemäß Anspruch 9 oder 10, das ferner einen Empfänger und/oder einen Transceiver aufweist.
Sensorbauteil gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem das Spritzgussgehäuse (100, 100') zumindest einen Hohlraum (120, 120a, 120b, 120c), in dem der Sensorchip (170) und/oder das Energieversorgungselement (180) angeordnet sind, aufweist.
Sensorbauteil gemäß Anspruch 12, bei dem der zumindest eine Hohlraum (120, 120a, 120b, 120c) eine Kunststofffüllung (242) aufweist.
Sensorbauteil gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, das ferner eine Antenne (260, 260a, 260b, 260c) aufweist, die an einer Außenseite des Spritzgussgehäuses (100, 100') angebracht ist.
Sensorbauteil gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem der zumindest eine Hohlraum (120, 120a, 120b, 120c) mit einem Deckel (240) abgedeckt ist.
Sensorbauteil gemäß Anspruch 15, bei dem der Deckel (240) das Energieversorgungselement (180) aufweist oder der Deckel (240) ein weiteres Energieversorgungselement aufweist.
Sensorbauteil gemäß einem der Ansprüche 9 bis 16, bei dem der Sensorchip (170) einen Drucksensor aufweist.
Sensorbauteil, umfassend: einen Drucksensor (170); ein Energieversorgungselement (180); einen Sender (190); eine Antenne (260, 260a, 260b, 260c); und ein Spritzgussgehäuse (100, 100') mit einer Öffnung (140) und einem Deckel (240), wobei die Öffnung (140) einen Innenraum des Spritzgussgehäuses (100, 100') mit einer Umgebung verbindet, wobei der Drucksensor (170) in dem Innenraum über der Öffnung (140) angeordnet ist, und wobei das Energieversorgungselement (180) und der Sender (190) in dem Innenraum angeordnet sind, wobei das Spritzgussgehäuse (100, 100') zumindest zwei Komponenten aufweist, die sich hinsichtlich ihrer Dielektrizitätskonstante und/oder hinsichtlich ihres Verlustfaktors um zumindest 50% voneinander unterscheiden.
Sensorbauteil gemäß Anspruch 18, bei dem das Spritzgussgehäuse (100, 100') integrierte Leiterbahnen (160a, 160b, 160c) aufweist.
Sensorbauteil gemäß Anspruch 19, das ferner Drahtbonds (200, 202, 208, 210) aufweist, um das Energieversorgungselement (180), den Sender (190) und den Drucksensor (170) über die Drahtbonds (200, 202, 208, 210) und die integrierten Leiterbahnen (160a, 160b, 160c) zu verbinden.
Sensorbauteil gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem der Deckel (240) eine Batterie aufweist.
Sensorbauteil gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, das ferner einen Wärmeleiter aufweist.
Sensorbauteil gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, das ferner einen weiteren Sensor aufweist.
Sensorbauteil gemäß Anspruch 23, bei dem der weitere Sensor ein Beschleunigungssensor ist.
Sensorbauteil gemäß einem der Ansprüche 18 bis 24, das ferner eine Auswerteschaltung (190) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauteils, umfassend: Bereitstellen eines Spritzgussgehäuses (100, 100') mit einem Hohlraum (120, 120a, 120b, 120c) und integrierten Leiterbahnen (160a, 160b, 160c); Einbringen eines Sensorchips (170) in den Hohlraum (120); Einbringen eines Energieversorgungselements (180) in den Hohlraum (120); und elektrisches Verbinden des Sensorchips (170) und des Energieversorgungselements (180) mit den integrierten Leiterbahnen, wobei das Spritzgussgehäuse (100, 100') zumindest zwei Komponenten aufweist, die sich hinsichtlich ihrer Dielektrizitätskonstante und/oder hinsichtlich ihres Verlustfaktors um zumindest 50% voneinander unterscheiden.
Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei die integrierten Leiterbahnen (160a, 160b, 160c) durch Strukturieren einer Leiterbahnschicht erzeugt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 27, bei dem das Strukturieren einen photolithographischen Prozess umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, das ferner ein Einbringen einer Vergussmasse (242) in den Hohlraum (120, 120a, 120b, 120c) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 29, bei dem die Vergussmasse (242) ein Silikongel umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Sensorbauteils, umfassend: Bereitstellen eines Spritzgussgehäuses (100, 100') mit einem Hohlraum (120, 120a, 120b, 120c) und einer Öffnung (140); Anordnen eines Drucksensors (170) in dem Hohlraum (120, 120a, 120b, 120c) über der Öffnung (140); Anordnen eines Transceivers (190) in dem Hohlraum (120, 120a, 120b, 120c); Anordnen einer Versorgungseinrichtung (180) in dem Hohlraum (120, 120a, 120b, 120c); und Anordnen einer Antenne (260, 260a, 260b, 260c) an einer Seitenfläche des Spritzgussgehäuses (100, 100'), wobei das Spritzgussgehäuse (100, 100') zumindest zwei Komponenten aufweist, die sich hinsichtlich ihrer Dielektrizitätskonstante und/oder hinsichtlich ihres Verlustfaktors um zumindest 50% voneinander unterscheiden.
Verfahren gemäß Anspruch 31, das ferner ein Einbringen einer Vergussmasse (242) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 31 oder Anspruch 32, das ferner ein Aufbringen eines Deckels (240) umfasst, so dass der Hohlraum (120, 120a, 120b, 120c) durch den Deckel (240) von der Umgebung getrennt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 33, bei dem der Deckel (240) als ein Verdrahtungsträger verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 31 bis 34, das ferner ein Bereitstellen eines Energieerzeugers umfasst, wobei der Energieerzeuger derart beschaffen ist, um elektrische Energie aus einer Leistungseinstrahlung zu gewinnen.