DE102007057902A1

DE102007057902A1 - Sensormodul und Verfahren zu seiner Herstellung

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Publication number: DE102007057902A1
Application number: DE102007057902A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr. Bierl; Jan-Erik Hauschel; Thorsten Dr. Knittel; Stefan Pesahl; Willibald Reitmeier; Andreas Dr. Wildgen
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2009-06-04
Also published as: WO2009068493A1

Abstract

Ein Sensormodul (23) weist einen Sensorchip (1) auf, der von einer Kunststoffhülle (11) umgeben ist. Im Bereich einer Sensorfläche (2) ist die Kunststoffhülle (11) mit einer Freisparung (18) versehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensormodul mit einem Sensorchip, der mit einer Kunststoffabdeckung abgedeckt ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Sensormoduls.
Ein derartiges Sensormodul ist aus der US 2007/0139044 A1 bekannt. Das bekannte Sensormodul umfasst ein Leitergitter, auf das ein Sensorchip aufgebracht ist. Der Sensorchip ist mit einer inneren Kunststoffhülle aus einem Duroplast umhüllt. Ferner ist eine äußere Kunststoffhülle aus einem thermoplastischen Material vorgesehen, die im Bereich von Kontaktenden des Leitergitters einen Stecker bildet. Das bekannte Sensormodul ist insbesondere zum Erfassen der Drehzahl eines Turboladers eingerichtet.
Ferner ist aus der US 2004/0118227 A1 ein weiteres Sensormodul bekannt, bei dem ein Sensorchip auf ein Ende eines Leitergitters aufgebracht und mithilfe von thermoplastischem Material mit einer Kunststoffhülle versehen ist. Das andere Ende des Leitergitters ist mit Kontaktstiften verbunden. Die Verbindungsstelle zwischen Leitergitter und Kontaktstiften und die Kontaktstifte selbst sind in eine weitere Kunststoffhülle eingebettet. Im Bereich der vom Leitergitter abgewandten Enden der Kontaktstifte ist die weitere Kunststoffhülle als Steckerfassung ausgebildet. Als Sensorchip ist insbesondere ein temperaturempfindlicher Sensor, ein auf Magnetfelder empfindlicher Sensor oder ein Beschleunigungssensor oder Winkelgeschwindigkeitssensor vorgesehen.
Ein Nachteil der bekannten Sensormodule ist, dass der Sensorchip von der Umgebung abgeschirmt ist. Daraus ergeben sich unter Umständen verlängerte Antwortzeiten oder die Notwendig keit, durch eine Eichung den Einfluss der Kunststoffhülle zu ermitteln und entsprechend zu berücksichtigen. Außerdem können Veränderungen in der Beschaffenheit der Kunststoffhülle zu langfristigen Signaländerungen führen, die Fehlmessungen verursachen können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sensormodul mit verbesserten Messeigenschaften zu schaffen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des Sensormoduls anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch ein Sensormodul und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
Bei dem Sensormodul weist die Kunststoffabdeckung eine Öffnung auf, die sich von der Oberfläche der Kunststoffabdeckung bis zu einer Oberfläche des Sensorchips erstreckt. Durch eine derartige Freisparung befindet sich das umgebende Medium in nächster Nähe zu dem auf die Umgebung empfindlichen Bereich des Sensorchips. Temperaturänderungen lassen sich im Falle eines Temperatursensors ohne verlängerte Antwortzeiten erfassen. Druckänderungen des umgebenden Mediums werden ferner durch die Kunststoffabdeckung nicht verfälscht. Dennoch sind Leiterbahnen, insbesondere Bondverbindungen sowie weitere elektrische Komponenten des Sensormoduls vor einer unmittelbaren mechanischen Einwirkung durch die Kunststoffabdeckung geschützt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kunststoffabdeckung eine Öffnung auf, die sich von der Oberfläche der Kunststoffabdeckung bis zu einer Sensorfläche des Sensorchips erstreckt. Durch eine derartige Freisparung ist die Sensorfläche des Sensorchips unmittelbar dem umgebenden Medium ausgesetzt. Das Sensormodul bietet daher die Vorteile einer freiliegenden Sensorfläche zusammen mit den Vorteilen einer das Sensormodul verstärkenden Kunststoffabdeckung.
Um die Sensoroberfläche des Sensorchips vor einer nachteiligen Einwirkung des umgebenden Mediums zu schützen, kann der Sensorchip auf der Sensorfläche eine Oberflächenpassivierung mit einer Schichtdicke unterhalb von einem Millimeter aufweisen. Für die Oberflächenpassivierung kommen Materialien auf der Basis von Oxiden, Nitriden, Karbiden oder Polymeren, wie zum Beispiel Silikonen, Parylenen oder Polyimid, sowie Edelmetallen infrage.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensorchip mit Leiterbahnen verbunden, die sich bis zu einem Kontaktende des Sensormoduls erstrecken. Dadurch kann der Sensorchip von außen kontaktiert werden.
Vorzugsweise werden die Leiterbahnen von einem Leitergitter gebildet. Unter Leitergitter soll in diesem Zusammenhang eine selbsttragende Einheit von Leiterbahnen verstanden werden, wobei die Leiterbahnen nach Abschluss der Fertigung nicht notwendigerweise untereinander verbunden sein müssen. Bei dem Leitergitter kann es sich beispielsweise um ein so genanntes Stanzgitter (= lead frame) handeln. Durch die Verwendung eines derartigen Leitergitters kann die Festigkeit des Sensormoduls zusätzlich erhöht werden. Außerdem wird die Fertigung erleichtert, da ein stabiler Träger zur Verfügung steht.
Im Bereich des Kontaktendes der Leiterbahnen kann die Kunststoffabdeckung kontaktsichernde Funktionen übernehmen, so dass eine zuverlässige Kontaktierung der Leiterbahnen möglich ist.
Um eine elektrostatische Aufladung des Sensormoduls zu unterbinden, kann ein mit Masse belegter Abschnitt einer Leiterbahn von der Kunststoffabdeckung freigespart sein. Dadurch kann eine Oberfläche des Sensormoduls wenigstens punktweise auf Massepotential gelegt werden.
Je nach Anwendungsfall kann die Kunststoffabdeckung auch mediumführende Funktionen übernehmen. Beispielsweise kann die Sensorfläche des Sensorchips vor einer direkten Anströmung durch das umgebende Medium geschützt werden oder das Medium kann gerichtet zur Sensorfläche geleitet werden.
Für den Einsatz bei hohen Temperaturen wird für die Kunststoffabdeckung vorzugsweise ein Material verwendet, das eine mit der Wärmeausdehnung des Sensorchips vergleichbare Wärmeausdehnung aufweist. Außerdem werden Kunststoffmaterialien bevorzugt, die sich bei der Verarbeitung in einen fließfähigen Zustand versetzen lassen.
Die Herstellung des Sensormoduls erfolgt vorzugsweise mithilfe eines Spritzpressvorgangs, bei dem der Sensorchip in ein Formwerkzeug eingebracht und das Formwerkzeug mit einer Kunststoffmasse verfüllt wird. Vor dem Einfüllen der Formmasse in das Formwerkzeug wird eine Innenseite des Formwerkzeugs mit einer Trennfolie belegt, die das Ablösen der ausgehärteten Kunststoffmasse vom Formwerkzeug erleichtert. Dadurch kann der Gehalt an Trennmitteln in der Kunststoffmasse herabgesetzt werden, was zu einer Kunststoffmasse mit erhöhter Haftfestigkeit führt.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines auf ein Leitergitter aufgebrachten Sensorchips;
2 eine Darstellung des Aufbaus eines Sensormoduls mit einem vergossenen Sensorchip;
3 die Darstellung eines weiteren Sensormoduls mit vergossenem Sensorchip;
4 einen Schnitt durch das Sensormodul aus 3 entlang der Schnittlinie IV-IV;
5 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Sensormoduls mit einem für eine Steckverbindung ausgebildeten Kontaktbereich;
6 einen Querschnitt durch das Sensormodul aus 5 entlang der Schnittlinie VI-VI;
7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Sensormoduls, bei dem der Kontaktbereich als Stecker ausgebildet ist;
8 eine weitere perspektivische Ansicht des Sensormoduls aus 7;
9 einen Querschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Steckermoduls;
10 einen Querschnitt durch ein weiteres abgewandeltes Sensormodul und
11 einen Querschnitt durch ein Sensormodul, das mithilfe eines Dichtelements an einen Behälter ansetzbar ist.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Sensorchips 1, der eine auf thermodynamische oder strömungsmechanische Eigenschaften eines Mediums empfindliche Sensorfläche 2 aufweist. Bei dem Sensorchip 1 kann es sich insbesondere um einen Drucksensor, einen temperaturempfindlichen Sensor oder einen Sensor handeln, mit dem sich die Konzentration eines Gases oder ein Partikelgehalt in einem Gas erfassen lässt. Im Falle eines Drucksensors kann die Sensorfläche 2 von einer druckempfindlichen Membran gebildet sein. Der Sensorchip 1 weist ferner Kontaktstellen 3 auf, die über Bonddrähte 4 mit Leiterbahnen 5, 6 und 7 eines Leitergitters 8 verbunden sind. Die Leiterbahn 6 ist dabei dazu vorgesehen, mit Masse verbunden zu werden. Neben dem Sensorchip 1 sind auf das Leitergitter 8 auch passive Bauelemente, wie beispielsweise Kondensatoren 9 und 10, aufgebracht.
Da es sich bei dem Sensorchip 1 um einen nicht gehausten Sensorchip handelt, wird die in 1 dargestellte Kombination von Sensorchip 1 und Leitergitter 8 mit einer in 2 im Umriss dargestellten Kunststoffhülle 11 umgeben. Die Kunststoffhülle 11 deckt dabei den Sensorchip 1, die Bonddrähte 4 und die Kondensatoren 9 und 10 ab. Die Sensorfläche 2 des Sensorchips 1 bleibt jedoch freigespart. Von der Kunststoffhülle 11 freigehalten werden ferner Kontaktenden 12 der Leiterbahnen 5, 6 und 7. Durch die Kunststoffhülle 11 ergibt sich ein Sensormodul 13, dessen Sensorchip 1 über die Kontaktenden 12 kontaktiert werden kann.
Es sei angemerkt, dass nach Abschluss der Fertigung des Sensormoduls 13 ein die Leiterbahnen 5, 6 und 7 verbindender Verbindungssteg 14 abgetrennt werden kann. Ebenso können aus der Kunststoffhülle 11 herausragende Leiterbahnabschnitte 15 bündig zur Kunststoffhülle 11 abgetrennt werden. Über die Leiterbahnabschnitte 15 kann das Leitergitter 8 während der Bearbeitung gehalten werden. Außerdem wird über die Leiterbahnabschnitte 15 die Leiterbahn 6 aus der Kunststoffhülle 11 herausgeführt, so dass nach dem Abtrennen der Leiterbahnabschnitte 15 eine Außenseite 16 der Kunststoffhülle 11 wenigstens punktweise auf Massepotential liegt und eine elektrostatische Aufladung der Außenseite 16 oder des Mediums gegenüber der Sensorfläche 2 unterdrückt wird.
Die Herstellung des Sensormoduls 13 erfolgt vorzugsweise, indem zunächst der Sensorchip 1 auf dem Leitergitter 8 fi xiert wird. Dies kann beispielsweise mithilfe eines Klebers erfolgen. Anschließend werden die Bonddrähte 4 und die Kondensatoren 9 und 10 auf das Leitergitter 8 aufgebracht. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Leitergitter 8 in ein Formwerkzeug eingelegt und mit der Kunststoffhülle 11 umspritzt. Als Material für die Kunststoffhülle 11 kommen insbesondere Materialien infrage, deren Wärmeausdehnungskoeffizient dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Sensorchips 1 entspricht. Die Formgebung der Kunststoffhülle 11 erfolgt vorzugsweise durch einen Spritzpressvorgang (= transfer molding), bei dem die Kunststoffmasse in einem Vorzylinder aufgewärmt und dann in das Formwerkzeug gepresst wird. Als Formmasse wird dabei vorzugsweise ein Material verwendet, das in der Vorkammer in einen fließfähigen Zustand gebracht werden kann, so dass das Formwerkzeug mit einem Druck unterhalb von 10 Bar befüllt werden kann. Anschließend kann durch Nachpressen im Druckbereich zwischen 70 und 90 Bar im Formwerkzeug verbliebene Luft aus dem Formwerkzeug herausgepresst werden.
Der Sensorchip 1 braucht nicht notwendigerweise mithilfe eines Klebers auf dem Leitergitter 8 befestigt zu werden. Beispielsweise kann im Leitergitter 8 auch eine Aussparung 17 vorgesehen sein, durch die ein Ansaugstutzen durch das Leitergitter 8 hindurch zum Sensorchip 1 geführt werden kann. Durch Unterdruck im Ansaugstutzen kann dann der Sensorchip 2 bezüglich des Leitergitters 8 fixiert werden. Anschließend kann die Bondung der Bonddrähte 4 erfolgen und das Leitergitter 8 zusammen mit dem Sensorchip 1 in das Formwerkzeug eingebracht werden. Die Aussparung 17 kann auch nach dem Spritzpressen vergossen werden oder mit einem so genannten Underfiller gefüllt werden, um ein Abheben des Sensorchips 1 vom Leitergitter 8 zu verhindern. Die Aussparung 17 kann auch zur Relativdruckmessung verwendet werden, wenn der Sensorchip 1 im Bereich der Aussparung 17 mit einer weiteren Sensorfläche versehen ist.
Für den Formgebungsprozess kann auch die so genannte Seal-Film-Technology (= SFT) verwendet werden. Dabei wird auf der Innenseite des Formwerkzeugs eine hochflexible Trennfolie angesaugt, die das Formwerkzeug abdichtet und das Ankleben des Formwerkzeugs an der Kunststoffhülle 11 verhindert. Als Material für die Trennfolie kann beispielsweise Teflon verwendet werden. Eine derartige Trennfolie dient auch dazu, in dem Bereich, in dem das Formwerkzeug am Sensorchip 1 anliegt, Toleranzen auszugleichen und eine Beschädigung des Sensorchips 1 zu verhindern. Insofern wirkt die Trennfolie als Polster. Daneben gestattet die Verwendung einer derartigen Trennfolie auch, in der zur Herstellung der Kunststoffhülle 11 verwendeten Kunststoffmasse den Anteil an Trennmitteln herabzusetzen, die den Ablösevorgang der Kunststoffhülle 11 vom Formwerkzeug fördern. Diese Bestandteile sind wachsartige Komponenten der Kunststoffmasse, deren Anteil im vorliegenden Fall kleiner 0,5 Gewichtsprozent gehalten werden kann. Derartige Kunststoffmassen mit einem geringen Anteil an Trennmitteln haften auch wesentlich besser am Sensorchip 1, so dass die Gefahr des Abhebens der Kunststoffhülle 11 vom Sensorchip 1 vermindert werden kann.
Bei einem abgewandelten Herstellungsverfahren wird eine Seite des Leitergitters mit einer hochflexiblen Folie beklebt. Vorzugsweise wird bei dem Sensormodul 13 die nicht mit dem Sensorchip 1 und den Kondensatoren 9 und 10 bestückte Seite des Leitergitters 8 mit der hochflexiblen Folie beklebt. Im Folgenden wird die gegenüberliegende Seite des Leitergitters 8 mit einer Kunststoffabdeckung versehen. Insofern ist je nach Anforderung eine halbe oder volle Umspritzung des Leitergitters 8 möglich.
Die Sensorfläche 2 des Sensorchips 1 ist üblicherweise bereits bei der Herstellung des Sensorchips 1 mit einer oberflächenpassivierenden Beschichtung versehen worden. Diese Schichten können beispielsweise Oxidschichten, Nitritschichten, oder Karbidschichten sein. Die Sensorfläche 2 kann daher als umweltresistent angesehen werden. Falls die bei der Herstellung des Sensorchips 1 vorgenommene Passivierung der Sensorfläche 2 nicht ausreicht, kann eine zusätzliche Passivierung der Sensorfläche 2 vorgenommen werden. Diese Passivierung kann beispielsweise durch das Auftragen einer Goldschicht oder einer Schutzschicht auf der Basis von Polymeren, wie zum Beispiel Parylenen, Silikonen, Polyimiden oder aber unter Verwendung von Gelen oder Lacken erfolgen. Vorzugsweise weist die oberflächenpassivierende Beschichtung eine Dicke von einigen Mikrometern bis einigen hundert Mikrometern, vorzugsweise unter einem Millimeter auf. Auch eine Kombination verschiedener Schutzschichten ist möglich.
Die oberflächenpassivierende Beschichtung kann auch nach der Ausbildung der Kunststoffhülle 11 auf die von der Kunststoffhülle 11 nicht abgedeckte Oberfläche des Sensorchips 1 und die Außenseite der Kunststoffhülle 11 aufgebracht werden. Eine derartige oberflächenpassivierende Beschichtung hat darüber hinaus den Vorteil, dass der Übergangsbereich zwischen Sensorchip 1 und der Kunststoffhülle 11 abgedichtet wird. Für eine derartige Beschichtung auf der Außenseite 16 der Kunststoffhülle 11 kommen insbesondere Schutzschichten auf der Basis von Polymeren infrage.
Es sei angemerkt, dass die Schnittkanten, die beim Schneiden der zur Herstellung des Sensorchips 1 verwendeten Wafer entstehen, selbst nicht passiviert sind. Diese Schnittkanten können nur schwer über eine nachträgliche Passivierung geschützt werden. Es ist daher von Vorteil, wenn sich die Kunststoffhülle 11 über die Kanten des Sensorchips 1 erstreckt, damit die Kanten des Sensorchips 1 vor Umwelteinflüssen geschützt sind.
Eine in der Kunststoffhülle 11 vorgesehene Freisparung 18 der Sensorfläche 2 ist daher so bemessen, dass die Kanten des Sensorchips 1 von der Kunststoffhülle 11 bedeckt bleiben. Andererseits wird über die Freisparung 18 ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem umgebenden Medium, zum Beispiel Abgas oder Ansaugluft eines Verbrennungsmotors hergestellt, so dass sich eine Sensorcharakteristik wie bei einem freiliegenden Sensorchip 1 ergibt. Vorzugsweise weist die Freisparung 18 Querschnittsabmessungen auf, die größer als die von der Außenseite 16 der Kunststoffhülle 11 bis zur Sensorfläche 2 gemessene Tiefe der Freisparung 18 ist.
Die Freisparung 18 kann auch durch eine eben auf die Außenseite 16 der Kunststoffhülle 11 auf die Freisparung 18 aufgeklebte Membran abgedeckt werden. Gegebenenfalls kann die Membran auch bei der Formgebung der Kunststoffhülle 11 mit der Kunststoffhülle 11 verbunden werden. Die Membran kann beispielsweise eine aus Polytetrafluorethylen bestehende wasserundurchlässige, aber dampfdiffusionsoffene Membran sein, die zur Verbindung mit der Kunststoffhülle 11 im Randbereich perforiert ist. Beispielsweise kann die Membran in das Formwerkzeug eingelegt, dort fixiert und anschließend in die Kunststoffhülle 11 eingespritzt werden.
Das Sensormodul 13 kann auf verschiedene Art und Weise variiert werden. In 3 ist beispielsweise ein weiteres Sensormodul 19 dargestellt, bei dem die Kunststoffhülle 11 in eine Modulfassung 20 eingebracht ist, die vorzugsweise aus Metall hergestellt ist. Die Verbindung zwischen der Modulfassung 20 und der Kunststoffhülle 11 ist dabei mithilfe einer Klebeschicht 21 bewerkstelligt. Daneben können der Sensorchip 1 und das Leitergitter 8 auch in die Modulfassung 20 eingespritzt werden.
Aufgrund der Modulfassung 20 aus Metall weist das Sensormodul 19 eine erhöhte mechanische Festigkeit auf. Außerdem können an der Modulfassung 20 Strukturen ausgebildet sein, die der Befestigung der Modulfassung 20 in einem Behälter oder einem Leitungsrohr für das zu untersuchende Medium dienen.
Auch bei der Ausbildung des Leitergitters 8 sind Variationen möglich. Das in 3 dargestellte Sensormodul 19 weist beispielsweise vier Leiterbahnen 22 auf, die durch die Modulfassung 20 nach außen geführt sind.
4 zeigt einen Querschnitt durch das Sensormodul 19 entlang der Schnittlinie IV-IV in 3. Anhand 4 ist insbesondere die Aussparung 17 für die Fixierung des Sensorchips 1 auf dem Leitergitter 8 mithilfe eines Ansaugstutzens und das Profil der Freisparung 18 oberhalb der Sensorfläche 2 erkennbar.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Sensormoduls 23, das entsprechend dem Sensormodul 19 aus den 3 und 4 ausgebildet ist. 5 zeigt insbesondere eine Außenansicht einer Modulfassung 24, deren Funktion der Modulfassung 20 des Sensormoduls 19 entspricht. Die Modulfassung 24 weist insbesondere eine Außensechskant-Mutter 25 und einen Gewindeabschnitt 26 auf, über die das Sensormodul 23 beispielsweise in die Außenwand einer Gasleitung einschraubbar ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Modulfassung 24 im Bereich der Außensechskant-Mutter 25 mit einer Ausnehmung 27 versehen, durch die Kontaktstifte 28 von der Seite her zugänglich bleiben.
In 6 ist ein Querschnitt entlang der Schnittlinie VI-VI in 5 dargestellt. Bei dem Sensormodul 23 ist die Kunststoffhülle 11, die das Leitergitter 8 sowie den Sensorchip 1 einhüllt, vorzugsweise mit Abstandsnoppen 29 versehen, die die Kunststoffhülle 11 auf Abstand zu einer in der Modulfassung 24 ausgebildeten Aufnahme 30 hält. Die Kunststoffhülle 11 weist ferner zu den Kontaktenden 12 hin eine Verjüngung 31 auf, die in eine Durchführung 32 einschiebbar ist, die die Aufnahme 30 mit einem Innenraum 33 der Außensechskant-Mutter 25 verbindet. Für die Befestigung der Kunststoffhülle 11 in der Durchführung 32 wird vorzugsweise ein Klebstoff mit nie derer Viskosität verwendet, der durch die Kapillarkräfte in den Spalt zwischen der Kunststoffhülle 11 und der Modulfassung 24 gezogen wird. Daneben ist es auch möglich, den Sensorchip 1 und das Leitergitter unmittelbar in die Modulfassung 24 einzuspritzen.
In 6 ist ferner beispielhaft der Fall dargestellt, dass in den Innenraum 33 der Außensechskant-Mutter 25 ein Gegenstück 34 eingebracht worden ist, das an die Kontaktstifte 28 anlegbare Kontaktzungen 35 aufweist. Ferner verfügt das Gegenstück 34 ebenso wie die Außensechskant-Mutter 25 über eine Seitenöffnung 36, die beim Einführen des Gegenstücks 34 unterhalb der Ausnehmung 27 zum Liegen kommt. Durch die Ausnehmung 27 und die Seitenöffnung 36 kann eine Lötverbindung zwischen den Kontaktzungen 35 und den Kontaktstiften 28 hergestellt werden. Neben Löten kommen auch Verfahren wie Laserschweißen, Widerstandsschweißen oder die Anwendung eines Leitklebers infrage. Ferner kann die Ausnehmung 27 und die Seitenöffnung 36 nach dem Herstellen einer festen Verbindung zwischen den Kontaktstiften 28 und den Kontaktzungen 35 mit einer Füllmasse vergossen werden.
Schließlich sind im Innenraum 33 noch Rastmittel vorgesehen, die in Rastnuten 37 des Gegenstücks 34 eingreifen und eine Verrastung des Gegenstücks 34 in der Modulfassung 24 gestatten.
7 und 8 zeigen perspektivische Ansichten eines weiteren Sensormoduls 38, bei dem der Kontaktbereich als Stecker ausgebildet ist. Zu diesem Zweck ist die Kunststoffhülle 11 im Bereich der Kontaktenden 12 als Steckerfassung 39 ausgebildet. An der Steckerfassung 39 können auch geeignete Rastmittel vorgesehen sein, um ein Gegenstück in der Steckerfassung 39 zu verrasten.
Ferner ist es möglich, die Kunststoffhülle 11 im Bereich des Sensorchips 1 an die jeweiligen Anforderungen anzupassen. In 9 ist beispielsweise ein Sensormodul 40 dargestellt, das ein stromlinienförmiges Querschnittsprofil aufweist. Dabei ist die Außenseite 16 bündig mit dem Sensorchip 1 ausgebildet. Dies lässt sich beispielsweise bewerkstelligen, indem die Kontaktstellen 3 auf der Unterseite des Sensorchips 1 ausgebildet sind und der Sensorchip mithilfe eines Leitklebers an dem Leitergitter 8 befestigt ist. Bei dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein vorbeiströmendes Medium ohne Verwirbelungen an dem Sensormodul 40 vorbeigeführt.
10 zeigt ein weiteres Sensormodul 41, bei dem die Kunststoffhülle 11 sich im Windschatten eines Abschattungselements 42 befindet.
In 11 ist schließlich ein Sensormodul 43 dargestellt, bei dem der Sensorchip 1 mittig auf einem Leitergitter 44 angebracht und dort mit der Kunststoffhülle 11 umgeben worden ist. In einem weiteren Verfahrensschritt sind die Leiterbahnen des Leitergitters 44 zu einer der Sensorfläche 2 gegenüberliegenden Seite des Sensorchips 1 hingebogen worden und in eine Modulfassung 45 eingebracht worden, die im Bereich von Kontaktenden 12 des Leitergitters 44 eine Steckerfassung 46 bildet. Ferner ist auf der Kunststoffhülle 11 eine um die Freisparung 18 umlaufende Dichtung 47 vorgesehen, mit der das Sensormodul 43 an eine Öffnung 48 in einer Wand 49 eines Behälters oder einer Leitung angesetzt werden kann. Die Dichtung 47 kann beispielsweise mithilfe eines O-Rings bewerkstelligt werden, der von einer in der Kunststoffhülle 11 ausgebildeten Nut gehalten ist. Daneben kann die Dichtung 47 auch in die Kunststoffhülle 11 eingespritzt sein.
Anstelle des Leitergitters 8 können bei weiteren, nicht dargestellten, abgewandelten Ausführungsbeispielen starre oder flexible Leiterplatten vorgesehen sein. Ferner ist es denkbar, die Leiterbahnen des Leitergitters 8 durch Bahnen aus leitendem Kunststoff zu ersetzen. Insbesondere können die Leitergitter auch durch keramische Schaltungsträger ersetzt werden. Weiterhin ist es möglich, den Sensorchip 1 an einen Transponder oder ein anderes Funkmodul anzuschließen oder im Sensorchip 1 selbst einen Transponder auszubilden, der auf drahtlosem Wege auslesbar ist. In diesem Fall kann auf zusätzliche Leiterbahnen zur Kontaktierung nach außen verzichtet werden. Daneben kann das Leitergitter 8 und die Kunststoffhülle 11 auch entsprechend einem DIP(= dual in-line package)-Gehäuse, einem SIP(= single in-line package)-Gehäuse oder entsprechend einem anderen Standardgehäuse ausgebildet werden.
Die Leiterbahnen des Leitergitters 8 können im Bereich der Kontaktenden 12 auch zur Ableitung von Zug- oder Druckspannungen ausgebildet sein, so dass die auf die Kontaktenden 12 wirkenden Kräfte die Bondverbindungen zwischen dem Leitergitter 8 und dem Sensorchip 1 nicht belasten. Die Entkopplung kann beispielsweise mithilfe eines Winkel-, Mäander- oder Federelements bewerkstelligt werden.
Vorzugsweise werden für die Kunststoffhülle 11 Kunststoffe auf Epoxid-Basis verwendet, da die Parameter wie Glastemperatur T_G, Elastizitätsmodul und Wärmeausdehnungskoeffizienten durch die Zusammensetzung variiert oder über die Vergussparameter eingestellt werden können. Zur Funktionssicherheit der hier beschriebenen Sensormodule trägt auch die weitgehende Freistellung des Sensorchips 1 bei. Auf diese Weise führt die Schrumpfung der auf der Basis von Epoxid hergestellten Kunststoffhülle 11 nicht zu einer mechanischen Belastung der Sensorfläche 2, was das Messsignal verfälschen könnte.
Anstelle des auf der Oberseite mit Kontaktstellen 3 versehenen Sensorchips 1 können auch so genannte Sensorchips mit Kugelgitteranordnung (= ball grid array) oder so genannte Flip-Chips verwendet werden. In diesem Fall kann auf die Bonddrähte 4 verzichtet werden.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden können, außer wenn dies aus Gründen der Kompatibilität ausgeschlossen ist.
Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung der Singular den Plural einschließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint.

1: Sensorchip
2: Sensorfläche
3: Kontaktstelle
4: Bonddraht
5: Leiterbahn
6: Leiterbahn
7: Leiterbahn
8: Leitergitter
9: Kondensator
10: Kondensator
11: Kunststoffhülle
12: Kontaktende
13: Sensormodul
14: Verbindungssteg
15: Leiterbahnabschnitt
16: Außenseite
17: Aussparung
18: Freisparung
19: Sensormodul
20: Modulfassung
21: Klebeschicht
22: Leiterbahn
23: Sensormodul
24: Modulfassung
25: Außensechskant-Mutter
26: Gewindeabschnitt
27: Ausnehmung
28: Kontaktstift
29: Abstandsnoppe
30: Aufnahme
31: Verjüngung
32: Durchführung
33: Innenraum
34: Gegenstück
35: Kontaktzunge
36: Seitenöffnung
37: Rastnut
38: Sensormodul
39: Steckerfassung
40: Sensormodul
41: Sensormodul
42: Abschattungselement
43: Sensormodul
44: Leitergitter
45: Modulfassung
46: Steckerfassung
47: Dichtung
48: Öffnung
49: Wand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2007/0139044 A1 [0003]
- US 2004/0118227 A1 [0004]

Claims

Sensormodul mit einem Sensorchip (1), der mit einer Kunststoffabdeckung (11) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffabdeckung (11) eine sich von der Oberfläche (16) der Kunststoffabdeckung (11) bis zu einer Oberfläche (2) des Sensorchips (1) erstreckende Freisparung (18) aufweist.
Sensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Freisparung (18) bis zu einer Sensorfläche (2) des Sensorchips (1) erstreckt.
Sensormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (1) oberflächenpassiviert ist.
Sensormodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (1) mit einer Passivierungsschicht auf der Basis von Oxiden, Nitriden oder Polyimid versehen ist.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul mit wenigstens einer sich vom Sensorchip (1) bis zu einem Kontaktende (12) erstreckenden Leiterbahn (5, 6, 7, 22) versehen ist.
Sensormodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (5, 6, 7, 22) als Leitergitter (8) ausgebildet sind.
Sensormodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffabdeckung (11) im Bereich der Kontaktenden (12) der Leiterbahnen (5, 6, 7, 22) eine kontaktsichernde Funktion aufweist.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine als Masseleitung vorgesehene Leiterbahn (6) bis zu einer Außenseite (16) der Kunststoffhülle (11) erstreckt.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffabdeckung (11) eine mediumführende Funktion aufweist.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffabdeckung (11) auf der Seite der Sensorfläche (2) ausgebildete Kanten des Sensorchips (1) abdeckt.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kunststoffabdeckung (11) über alle Seiten des Sensorchips (1) erstreckt.
Sensormodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffabdeckung (11) auf einer der Freisparung (18) gegenüberliegenden Seite des Sensorchips (1) eine sich von der Oberfläche (16) der Kunststoffabdeckung (11) bis zum Sensorchip (1) erstreckende weitere Aussparung (17) aufweist.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Sensorchip (1) eine thermodynamische oder strömungsmechanische Messgröße eines Fluids erfassbar ist.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffabdeckung aus einem bei der Verarbeitung in einen fließfähigen Zustand versetzbaren Material hergestellt ist.
Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffabdeckung aus einem Material hergestellt ist, das weniger als 0,5 Gewichtsprozent an Trennmitteln enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Sensormoduls, bei dem ein Sensorchip (1) mit einer Kunststoffabdeckung (11) abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kunststoffabdeckung (11) eine sich von der Oberfläche (16) der Kunststoffabdeckung (11) bis zu einer Oberfläche (2) des Sensorchips (1) erstreckende Freisparung (18) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Freisparung (18) sich bis zu einer Sensorfläche (2) des Sensorchips (1) erstreckend ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (1) auf einen Leiterbahnträger (8) aufgebracht wird und mit einer sich von einem Kontaktende (12) des Leiterbahnträgers (8) bis zum Sensorchip (1) erstreckenden Kunststoffabdeckung (11) abgedeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (1) mithilfe von Klebstoff auf dem Leiterbahnträger (8) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip (1) mithilfe einer Ansaugvorrichtung auf dem Leiterbahnträger (8) fixiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunst stoffabdeckung (11) mithilfe einer Spritzpressvorrichtung geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenseite des für den Spritzpressvorgang verwendeten Formwerkzeugs vor dem Einfüllen der Kunststoffmasse mit einer Trennfolie bedeckt wird und zum Verfüllen des Formwerkzeugs eine Kunststoffmasse verwendet wird, die weniger als 0,5 Gewichtsprozent an Trennmitteln enthält.