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Die Erfindung betrifft eine mikromechanische Sensorvorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Sensorvorrichtung.
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Stand der Technik
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Mikromechanische Sensoren zur Messung von Beschleunigung, Drehrate und Magnetfeld sind bekannt und werden für verschiedene Applikationen im Automobil und Consumer-Bereich in Massenfertigung hergestellt. Herkömmlich werden die verschiedenen Sensiergrößen im Consumer-Bereich noch überwiegend von getrennten Sensormodulen in Form von dreiachsigen Beschleunigungssensoren, dreiachsigen Drehratensensoren und dreiachsigen Magnetfeldsensoren dargestellt, jedoch gibt es einen Trend in Richtung Systemintegration, d.h. eine Realisierung von 6D-Elementen als ein Kompassmodul (Messungen von Beschleunigung und Magnetfeld) bzw. IMU (engl. Inertial Measurement Unit, Messungen von Beschleunigung und Drehrate) bzw. 9D-Elementen (Messungen von Beschleunigung und Drehrate und Magnetfeld).
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Im Stand der Technik sind üblicherweise mehrere Chips für die verschiedenen Messgrößen in einem Plastikgehäuse (z.B. LGA, BGA, QFN) als so genanntes System-in-Package (SiP) verbaut. Die genannten Systeme weisen unterschiedliche getrennte Chips auf, die mittels einer Drahtbondverbindung oder über Lötbälle funktional verbunden sind.
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Neben Plastikverpackungen sind auch so genannte „bare-die“-Systeme bekannt, bei denen Silizium-Chips direkt über Lötbälle auf die Applikationsleiterplatten gelötet werden. Da bei diesen Systemen auf die Plastik-Umverpackung verzichtet wird, zeichnen sich diese Sensoren durch besonders kleine Grundflächen (engl. footprints) aus. Bare-die-Aufbauten von MEMS-Inertialsensoren sind bekannt. In derartigen herkömmlichen Beschleunigungs- und Drehratensensoren wird ein ASIC, dessen Fläche deutlich kleiner als die Fläche des MEMS-Elements ist, über kleine Lötbälle mit dem MEMS-Element verbunden. Das MEMS-Element umfasst eine Umverdrahtungsebene (engl. redistribution layer), die eine flexible Verdrahtung ermöglicht und für die externe Kontaktierung mit großen Lötbällen versehen werden kann, deren Höhe die ASIC-Dicke plus die Dicke der kleinen Lötbälle übersteigt. Eine entsprechende Sensorvorrichtung ist beispielsweise in
US 2012 0119312 A1 beschrieben, wobei jeweils ein MEMS-Element mit einem ASIC-Bauelement verbunden ist und, je nach Größenverhältnissen, entweder das MEMS- oder das ASIC-Bauelement mit externen Kontakten versehen wird.
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Für die Magnetsensorik werden verschiedene physikalische Prinzipien und Messmethoden verwendet, zum Beispiel resistive Messungen von magnetoresistiven Schichten (AMR, GMR), Messungen der Induktivität in weichmagnetischen Materialien (Fluxgate- oder Flipcore-Prinzip) oder Ausnutzen des Hall-Effektes. Viele der genannten technischen Lösungen erfordern ein Aufbringen zusätzlicher magnetischer oder magnetoresistiver Schichten und erhöhen somit die Komplexität und Kosten des Herstellungsprozesses. Gängig sind insbesondere Verfahren, bei denen die magnetischen oder magnetoresistiven Schichten direkt auf einem CMOS-ASIC aufgebracht werden.
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Zunehmend werden Sensormodule auch „intelligenter“ gemacht, was bedeutet, dass eine stärkere Vorprozessierung der Sensordaten vorgenommen wird, um daraus zum Beispiel Quaternionen zu berechnen und diese bereits vorverarbeiteten Informationen nach außen an die Applikationen zu geben. Hierfür werden zusätzliche Mikrocontroller-Funktionalitäten benötigt, wobei Mikrocontroller prinzipiell im Sensor-ASIC mitintegriert oder separat eingesetzt werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten hochintegrierten mikromechanischen Sensor bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einer mikromechanischen Sensorvorrichtung, aufweisend:
- – eine erste ungehäuste Sensoreinrichung; und
- – wenigstens eine zweite ungehäuste Sensoreinrichtung, wobei die Sensoreinrichtungen miteinander funktional verbunden sind, wobei die Sensoreinrichtungen im Wesentlichen vertikal derart übereinander angeordnet sind, dass eine in der Grundfläche größere Sensoreinrichtung eine in der Grundfläche kleinere Sensoreinrichtung vollständig überdeckt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Sensorvorrichtung, aufweisend die Schritte:
- – Ausbilden einer ersten ungehäusten Sensoreinrichtung;
- – Ausbilden einer zweiten ungehäusten Sensoreinrichtung;
- – Funktionales Verbinden der beiden Sensoreinrichtungen; und
- – Zueinander vertikales Anordnen der beiden Sensoreinrichtungen derart, dass die beiden Sensoreinrichtungen im Wesentlichen vertikal derart übereinander angeordnet werden, dass eine in der Grundfläche größere Sensoreinrichtung eine in der Grundfläche kleinere Sensoreinrichtung vollständig überdeckt.
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Vorteilhaft benötigt die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung einen geringen Platzbedarf auf einer Applikationsleiterplatte. Aufgrund der Tatsache, dass ein Bare-die-Konzept ohne jedwede Umverpackung verwendet wird, kann für die Sensorvorrichtung zudem ein sehr hoher Integrationsgrad erreicht werden. Für den Fall, dass die erste Sensoreinrichtung einen großen Flächenbedarf aufweist, sind auch mehrere zweite Sensoreinrichtungen nach dem erfindungsgemäßen Konzept mit der ersten Sensoreinrichtung zur Sensorvorrichtung realisierbar.
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Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensoreinrichtungen mittels erster Lötbälle miteinander funktional verbunden sind, wobei die Sensorvorrichtung mittels zweiter Lötbälle nach extern kontaktierbar ist. Auf diese Weise wird ein Flip-Chip-Konzept verwirklicht, mit dem eine zuverlässige und kostengünstige elektrische Kontaktierung der Sensorvorrichtung ermöglicht ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Sensoreinrichtung eine MEMS-Struktur und einen ASIC-Wafer umfasst. Auf diese Weise wird nach dem erfindungsgemäßen Konzept ein Inertialsensor realisiert, auf dessen ASIC-Wafer eine Auswerteschaltung befestigt wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung sieht vor, dass eine elektrisch leitfähige Bondverbindung zwischen den beiden Sensoreinrichtungen ausgebildet ist, wobei elektrische Durchkontaktierungen im ASIC-Wafer ausgebildet sind, wobei die beiden Sensoreinrichtungen mittels der Bondverbindung und der Durchkontaktierungen elektrisch miteinander kontaktierbar sind. Auf diese Weise wird mit dem ASIC-Wafer eine Verkappung für das MEMS-Element bereitgestellt. Die elektrisch leitfähige Bondverbindung hat zwei Funktionen: einerseits stellt sie eine Dichtheit für die Sensorvorrichtung bereit und andererseits schafft sie die elektrische Verbindung zwischen den Sensoreinrichtungen.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung sieht vor, dass der ASIC-Wafer ferner eine elektrische Umverdrahtungseinrichtung aufweist. Auf diese Weise wird eine Möglichkeit bereitgestellt, eine flexible elektrische Verdrahtung zu realisieren und die Lötbälle anzubringen, mittels denen die gesamte Sensorvorrichtung an der Applikationsleiterplatte kontaktiert wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung sieht vor, dass die zweite Sensoreinrichtung wenigstens eines aus Folgendem aufweist: einen Magnetsensor, einen ASIC-Chip, ein Funkmodul, einen Mikrocontroller. Auf diese Weise können vorteilhaft vielfältige Sensorkonzepte realisiert werden, die mehrere unterschiedliche physikalische Messgrößen erfassen und verarbeiten können.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung sieht vor, dass die erste Sensoreinrichtung ein 9D-Sensor ist. Auf diese Weise kann in der ersten Sensoreinrichtung vorteilhaft bereits eine Magnetsensorik integriert sein. Mittels eines zusätzlichen Mikrorechners kann beispielsweise eine Signalvorverarbeitung vorgenommen werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Sensoreinrichtung einen Kappenwafer aufweist, wobei die zweite Sensoreinrichtung auf dem Kappenwafer angeordnet ist, wobei der Kappenwafer elektrische Durchkontaktierungen aufweist, wobei der Kappenwafer mittels der Bondverbindung auf den ASIC-Wafer gebondet ist. In dieser Variante übernimmt der Kappenwafer die Funktion einer Bereitstellung einer Dichtheit bzw. Hermetizität der gesamten Sensorvorrichtung sowie eines Führens von elektrischen Kontakten nach unten.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Sensorvorrichtung ist vorgesehen, dass der Kappenwafer mittels der Bondverbindung auf eine mikromechanische Funktionsschicht der MEMS-Struktur gebondet ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft ein alternativer Herstellungsprozess für die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung realisiert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Sensorvorrichtung ist vorgesehen, dass der Kappenwafer einen weiteren ASIC-Wafer umfasst. Auf diese Weise kann für die Sensorvorrichtung vorteilhaft eine noch größere Integrationsdichte erreicht werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass nach einem Auflötprozess eine Vertikalausdehnung der zweiten Lötbälle größer ist als eine gesamte Vertikalausdehnung aus den ersten Lötbällen und der zweiten Sensoreinrichtung. Mit dieser spezifischen Dimensionierung der Lötbälle wird ein vollständiges Anordnen der wenigstens einen zweiten Sensoreinrichtung unterhalb der ersten Sensoreinrichtung und ein elektrisches Kontaktieren der gesamten Sensorvorrichtung auf einer Applikationsleiterplatte ermöglicht.
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Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren. Die Figuren sind vor allem dazu gedacht, die erfindungswesentlichen Prinzipien zu verdeutlichen. Gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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In den Figuren zeigt:
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1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen mikromechanischen Sensorvorrichtung;
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2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
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3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
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4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung; und
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5 einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen mikromechanischen Sensorvorrichtung 100. Eine erste Sensoreinrichtung 10 weist ein Substrat 1 auf, welches auf einer mikromechanischen Funktionsschicht 2 angeordnet ist. Auf diese Weise wird mittels des Substrats 1 und der mikromechanischen Funktionsschicht 2 eine MEMS-Struktur realisiert. Mittels einer elektrisch leitfähigen Bondverbindung 3 ist die MEMS-Struktur mit einem ASIC-Wafer 4 (engl. application specific integrated circuit) elektrisch leitend verbunden. Innerhalb des ASIC-Wafers 4 sind ein oder mehrere elektrische Durchkontaktierungen 5 (TSV, engl. through silicon via) ausgebildet, die elektrische Signale von der aktiven Schaltungsseite des ASICs 4 zu einer oder mehreren Umverdrahtungsebenen 6 auf der Rückseite des ASIC-Wafers 4 führen. Hier erfolgt eine elektrische Umverdrahtung sowie die Möglichkeit, auf definierten Pads Lötbälle 30, 40 aufzubringen. Die ersten Lötbälle 30 dienen dazu, eine zweite Sensoreinrichtung 20 am ASIC-Wafer 4 anzulöten und somit auch einen elektrischen Signalfluss zwischen der ersten Sensoreinrichtung 10 und der zweiten Sensoreinrichtung 20 zu ermöglichen.
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Die zweite Sensoreinrichtung 20 kann beispielsweise als ein Magnetsensor mit einer magnetoresistiven Schicht 21, als ein Mikroprozessor, als ein Funkmodul oder Ähnliches ausgebildet sein. Man erkennt, dass die gesamte Sensorvorrichtung 100 an der Unterseite des ASIC-Wafers 4 zweite Lötbälle 40 aufweist, mittels denen die Sensorvorrichtung 100 auf eine Leiterplatte (nicht dargestellt) elektrisch kontaktiert werden kann. Eine Höhe der zweiten Lötbälle 40 sollte nach einem Auflötprozess größer sein als eine Vertikalabmessung der ersten Lötbälle 30 mit der zweiten Sensoreinrichtung 20.
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Dadurch wird ermöglicht, dass die zweite Sensoreinrichtung 20 im Wesentlichen vollständig unterhalb der ersten Sensoreinrichtung 10 angeordnet werden und auf der Leiterplatte montiert werden kann, ohne dass die zweite Sensoreinrichtung 20 die Applikationsleiterplatte berührt. Im Ergebnis bedeutet dies vorteilhaft eine Platzeinsparung und eine damit sehr hohe Integrationsdichte der gezeigten Bare-die Sensorstruktur. Für den Fall, dass die zweite Sensoreinrichtung 20 eine wesentlich kleinere Grundfläche als die erste Sensoreinrichtung 10 aufweist, ist es möglich, auf diese Weise mehrere zweite Sensoreinrichtungen 20 vollständig unterhalb der ersten Sensoreinrichtung 10 zu platzieren.
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1 zeigt somit eine mögliche Realisierungsform eines 9D-Sensors. Hierfür werden zunächst getrennt eine zweite Sensoreinrichtung 20 in Form eines integrierten Magnetsensors mit eigener elektronischer Auswerteschaltung und eine erste Sensoreinrichtung 10 als integrierter Inertialsensor, vorzugsweise als 6D-Element, hergestellt. Der Inertialsensor ist zum Schutz der mikromechanischen Funktionsschichten 2 und gegebenenfalls zum Einschluss eines definierten Innendrucks, oder, bei getrennten Kavernen für Drehratensensor und Beschleunigungssensor, zweier verschiedener definierter Innendrücke, vorzugsweise verkappt.
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Eine bevorzugte Realisierungsform besteht darin, wie in 1 prinzipiell dargestellt, den ASIC-Wafer 4 als eine Verknappungseinrichtung des Inertial-MEMS-Elements mit dem MEMS-Substrat 1 und der mikromechanischen Funktionsschicht 2 zu verwenden. Es sind jedoch auch andere Formen der vertikalen oder monolithischen Integration und Verkappung für den Inertialsensor möglich, zum Beispiel wie in den im Stand der Technik genannten Druckschriften dargestellt.
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Die Lötbälle 30, 40 werden auf dafür vorgesehenen Pads auf der einen oder mehreren Umverdrahtungsebenen 6 angeordnet. Neben anderen Faktoren entscheidet die Fläche der Pads über die Größe (Durchmesser und Höhe) der Lötbälle 30, 40. Es ist also insbesondere möglich, bei geeigneter Prozessführung in einem einzelnen Prozessschritt sowohl zweite Lötbälle 40 mit großer Höhe als auch erste Lötbälle 30 mit deutlich geringerer Höhe aufzubringen. Die kleinen ersten Lötbälle 30 ermöglichen die Montage der integrierten zweiten Sensoreinrichtung 20 in Form eines Magnetsensors auf der Rückseite des Inertial-ASIC-Wafers 4, die großen zweiten Lötbälle 40 dienen dagegen zu einer externen elektrischen Kontaktierung des derart realisierten 9D-Sensors auf einer Applikationsleiterplatte (nicht dargestellt).
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Es ist jedoch auch möglich, die ersten Lötbälle 30 und die zweiten Lötbälle 40 in aufeinander folgenden getrennten Prozessschritten anzuordnen. Insbesondere können zunächst die ersten Lötbälle 30 auf der zweite Sensoreinrichtung 20 und die zweiten Lötbälle 40 auf der ersten Sensoreinrichtung angeordnet werden und anschließend die zweite Sensoreinrichtung 20 mit den ersten Lötbällen 30 auf die erste Sensoranordnung 10 gelötet werden.
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Bevorzugt werden Ein- und Ausgänge der zweiten Sensoreinrichtung 20, die extern nicht direkt kontaktiert sind, über den ASIC-Wafer 4 versorgt bzw. ausgelesen und dann gemeinsam mit den Inertialmessgrößen über eine Schnittstelle (z.B. SPI, I2C, usw.) auf den Inertial-ASIC-Wafer 4 nach außen gegeben.
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Anstelle eines 6D-Inertialsensors sind mit dem erfindungsgemäßen Konzept selbstverständlich auch Sensoren mit weniger Auswertegrößen denkbar, zum Beispiel ein reiner Beschleunigungssensor (1–3D) oder ein reiner Drehratensensor (1–3D). Ferner es auch möglich, dass der Inertialsensor zusätzliche physikalische Größen, wie zum Beispiel Druck, Temperatur, Feuchte oder Ähnliches misst, auf diese Weise also einen 7D-, 8D- oder 9D-Sensor realisiert. Ferner kann die zweite Sensoreinrichtung 20 nicht nur einen Magnetsensor enthalten, sondern auch noch zusätzliche oder alternative physikalische Größen messen, wodurch im Ergebnis ein 4D-, 5D-, 6D-Sensor oder Ähnliches realisierbar ist.
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2 zeigt eine prinzipielle Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100. In dieser Variante sind die elektrischen Durchkontaktierungen 5 im MEMS-Substrat 1 ausgebildet, wobei die elektrische Umverdrahtungsebene 6 auf der Rückseite des MEMS-Substrats 1 angeordnet ist. Eine Flip-Chip Montage der zweiten Sensoreinrichtung 20 (z.B ein Magnetsensor) erfolgt auf der Rückseite des MEMS-Substrats 1 mit kleinen ersten Lötbällen 30, wobei eine externe Kontaktierung über große zweite Lötbälle 40 ebenfalls auf der Rückseite des MEMS-Substrats 1 erfolgt.
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Der ASIC-Wafer 4 benötigt auf diese Weise keine elektrischen Durchkontaktierungen 5, weil sämtliche externen Ein- und Ausgänge über die elektrischen Durchkontaktierungen 5 im MEMS-Substrat 1 an die zweite Sensoreinrichtung 20 geleitet werden. Die mikromechanische Funktionsschicht 2 kann über Halbleiterähnliche Abscheideprozesse auf das MEMS-Substrat 1 abgeschieden werden, wobei es alternativ auch möglich ist, die Abscheideprozesse über Waferbondverfahren und anschließendes Rückschleifen, Kontaktieren und Strukturieren durchzuführen.
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In einer weiteren, nicht in einer Figur dargestellen Variante der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100, die im Wesentlichen der Ausführungsform von 1 entspricht, ist es auch möglich, statt eines Magnetsensors einen Mikrocontroller an dem Inertialsensor zu befestigen, wobei der Mikrocontroller eine Signalvorprozessierung vornimmt und die vorprozessierten Daten nach außen gibt. Dadurch kann vorteilhaft ein Hauptapplikations-Prozessor (z.B. eines Mobiltelefons, nicht dargestellt) entlastet werden bzw. können auch in Applikationen, in denen ein leistungsfähiger Applikations-Prozessor nicht zur Verfügung steht, vorprozessierte Daten bereitgestellt werden. Denkbar ist hier auch, dass der erste integrierte Sensor bereits ein vollständiges 9D-Modul (oder 10D-, 11D-, 12D-Modul, usw.) darstellt.
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3 zeigt eine prinzipielle Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 100, bei der die externen elektrischen Durchkontaktierungen 5 in einem Kappenwafer 7 ausgebildet sind. Die mikromechanische Funktionsschicht 2 wird in dieser Variante als ein Wafer auf den ASIC-Wafer 4 aufgebondet (beispielsweise in einem Niedertemperatur-Bondverfahren) und rückgedünnt. Anschließend werden Kontaktlöcher 8 zwischen der mikromechanischen Funktionsschicht 2 und dem ASIC-Wafer 4 ausgebildet und metallisch (beispielsweise mit Wolfram) ganz oder teilweise verfüllt. In einem nachfolgenden Prozessschritt wird die eigentliche MEMS-Funktionsstruktur getrencht und dabei auch freigestellt. Der Kappenwafer 7 wird in diesem Fall direkt auf den ASIC-Wafer 4 gebondet. Bei dem Kappenwafer 7 kann es sich auch um einen weiteren ASIC-Wafer mit aktiver Schaltung handeln, wodurch eine noch höhere Integrationsdichte der Sensorvorrichtung 100 erreicht werden kann.
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4 zeigt eine Alternative zur Ausführungsform von 3, wobei in diesem Fall der Kappenwafer 7 mit den elektrischen Durchkontaktierungen 5 nicht auf den ASIC-Wafer 4, sondern auf die mikromechanische Funktionsschicht 2 gebondet ist.
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Mittels des erfindungsgemäßen Konzepts ist eine Anordnung und eine elektrische Anbindung eines separaten Magnetsensorchips unterhalb eines vertikal integrierten Inertialsensors über eine Flip-Chip-Verbindung mit kleinen Lötbällen möglich. Die externe Kontaktierung auf die Leiterplatte erfolgt über größere Lötbälle auf der Unterseite des Inertialsensors. Erfindungsgemäß werden auf diese Art und Weise zwei vollständige, eigenständige, integrierte Sensormodule miteinander funktional verbunden.
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Vorteilhaft hat ein derartiges Sensormodul 100, bei dem die erste Sensoreinrichtung 10 beispielsweise einen 6D-Inertialsensor und die zweite Sensoreinrichtung 20 einen 3D-Magnetsensor darstellt, den gleichen Grundflächenbedarf wie der 6D-Inertialsensor allein, und auch der Bauhöhenunterschied ist im Vergleich zum alleinigen 6D-Inertialsensor gering oder sogar gleich null. Durch den ungehäusten Bare-die-Aufbau sind die Grundfläche und die Bauhöhe zudem deutlich kleiner als bei Sensoren mit Plastik-Umverpackung.
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Vorteilhaft sind ferner die Produktkosten dieser 6D- plus 3D-Anordung niedriger als bei einem 9D-Sensor, der die gesamte Auswertefunktion in einem einzigen ASIC enthält. Bei einem 9D-Auswerte-ASIC, der herkömmlich realisiert ist, würde die gesamte Chipfläche des ASICs, die im allgemeinen von der komplexesten Funktion, nämlich jener der Drehratensensierung dominiert wird, mit den zusätzlichen Herstellungskosten für die Magnetsensorik beaufschlagt werden und das Produkt auf diese Weise stark verteuern.
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Vorteilhafterweise lassen sich ferner ein 6D-Inertialmodul und ein 3D-Magnetsensor weitgehend unabhängig voneinander entwickeln, prozessieren und sogar getrennt als Einzelprodukte vermarkten. Prozesskomplexität und auch die Ausbeuten können mit dem erfindungsgemäßen Konzept somit besser als bei einem 9D-Einchip-Sensormodul ausfallen.
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5 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausdrucksform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In einem ersten Schritt S1 wird ein Ausbilden einer ersten ungehäusten Sensoreinrichtung 10 durchgeführt.
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In einem zweiten Schritt S2 wird ein Ausbilden von wenigstens einer zweiten ungehäusten Sensoreinrichtung 20 durchgeführt.
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In einem dritten Schritt S3 werden die beiden Sensoreinrichtungen 10, 20 funktional miteinander verbunden.
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Schließlich wird in einem vierten Schritt S 4 ein zueinander vertikales Anordnen der beiden Sensoreinrichtungen 10, 20 derart durchgeführt, dass die beiden Sensoreinrichtungen 10, 20 im Wesentlichen vertikal derart übereinander angeordnet sind, dass eine in der Grundfläche größere Sensoreinrichtung 10 eine in der Grundfläche kleinere Sensoreinrichtung 20 vollständig überdeckt.
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Zusammenfassend werden mit der vorliegenden Erfindung ein beliebiger vertikal integrierter erster Sensor und ein beliebiger zweiter Sensor über kleine Lötbälle miteinander nach spezifischen geometrischen Vorgaben verbunden, wobei einer der beiden integrierten Sensoren über große Lötbälle extern kontaktiert wird, wobei bei den Sensoreinrichtungen auf jegliche Plastik-, Keramik-, Metall-Umverpackung oder Ähnliches verzichtet wird (Bare-die Aufbau). Damit ist eine hohe Funktionsintegration bei vergleichsweise geringer Prozesskomplexität und geringen Prozesskosten unterstützt, da zwei Sensoren mit spezifischen Funktionen und Herstellungsschritten zunächst getrennt entwickelt und gefertigt werden können.
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Voraussetzung für die Anordnung sind, dass die beiden Sensoren einen Mindestunterschied in ihren Grundflächen aufweisen, der auf dem größeren Sensor noch das Anbringen der externen Lötbälle erlaubt. Zudem muss nach dem Löten auf die Applikationsleiterplatte die Bauhöhe des kleineren Sensors zuzüglich der Höhe der kleineren Lötbälle kleiner sein als die Höhe der größeren Lötbälle.
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Obwohl die Erfindung anhand von konkreten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass mit der Erfindung eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensorkonzepten ermöglicht ist, die vorgehend nicht beschrieben wurden. Insbesondere ist eine Zuordnung der ersten Sensoreinrichtung 10 zu einem spezifischen Sensortyp beliebig, ebenso wie eine Zuordnung der zweiten Sensoreinrichtung einem spezifischen Sensortyp beliebig und frei wählbar ist.
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Beispielweise ist das erfindungsgemäße Konzept vorteilhaft auch dann noch realisierbar, wenn lediglich eine einzige Längenabmessung der zweiten Sensoreinrichtung von einer entsprechenden Längenabmessung der ersten Sensoreinrichtung abweicht.
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Der Fachmann wird somit die beschriebenen Merkmale abändern oder miteinander kombinieren können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7250353 B2 [0004]
- US 7442570 B2 [0004]
- US 20100109102 A1 [0004]
- US 20110049652 A1 [0004]
- US 20110012247 A1 [0004]
- US 20120049299 A1 [0004]
- DE 102007048604 A1 [0004]
- US 20120119312 A1 [0005]
