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Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikromechanische Drucksensorvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Drucksensorvorrichtung.
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Stand der Technik
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Niederdrucksensoren werden typischerweise als Komponenten in gemoldeten, vergossenen und/oder gespritzten Kunststoffteilen als Aufsteck- oder Anschraubteil angeboten. Eine elektrische Kontaktierung erfolgt hierbei über an einem Kabelbaum montierten Stecker. Weiterhin werden bei Mittel- und Hochdrucksensoren entsprechende Elektronik und ein entsprechendes Drucksensormodul auf anschraubbare Metallgewindestücke aufwendig gelötet, gebondet und/oder geschweißt.
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Typischerweise ist bei derartigen Sensoren eine vertikale Integration der entsprechenden Komponenten aufgrund des geringen Platzangebots komplex und Bedarf kostenintensiver Verfahren. Des Weiteren sehen sich die Drucksensoren weiterhin mit einer zunehmenden Miniaturisierung konfrontiert, wodurch die Anforderungen hinsichtlich der vertikalen Integration steigen.
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Die Druckschrift
WO 03/005784 betrifft Leiterbahnstrukturen auf einem elektrisch nichtleitenden Trägermaterial, die aus Metallkeimen und einer nachfolgend auf diese aufgebrachte Metallisierung bestehen.
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Es ist somit wünschenswert, insbesondere Schaltungsträger bereitzustellen, auf denen insbesondere Komponenten einer mikromechanischen Drucksensorvorrichtung insbesondere in vertikaler Richtung einfach zueinander angeordnet werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft eine mikromechanische Drucksensorvorrichtung nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 9.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee liegt insbesondere darin, einen Schaltungsträger für ein mikromechanisches Bauteil bereitzustellen, der flexibel ausgebildet ist. Der Schaltungsträger ermöglicht insbesondere durch seine Flexibilität sowohl eine Schaltung, insbesondere eine integrierte Schaltung, mit einem dreidimensionalen Aufbau einer mikromechanischen Drucksensorvorrichtung zu kombinieren.
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Durch ein unmittelbares beziehungsweise direktes zumindest bereichsweises Umschließen oder Verkappen einer Schaltungselektronik der mikromechanischen Drucksensorvorrichtung durch eine ausgehärtete Spritzmasse kann eine Zuverlässigkeit der mikromechanischen Drucksensorvorrichtung verbessert werden. Hierdurch ergeben sich Kosteneinsparungspotentiale beim Herstellen der mikromechanischen Drucksensorvorrichtungen.
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Die hier beschriebene mikromechanische Drucksensorvorrichtung kann aufgrund eines integrierten Aufbaus insbesondere ein geringes Einbauvolumen aufweisen. Zusätzlich lassen sich auf einfache Art und Weise weitere Sensorelemente, insbesondere zusätzliche Temperaturfühler einfach in die mikromechanische Drucksensorvorrichtungen integrieren beziehungsweise einstecken.
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Die mikromechanische Drucksensorvorrichtung umfasst hierbei einen Schaltungsträger und ein mikromechanisches Bauteil, wobei das mikromechanische Bauteil auf einer Montagefläche des Schaltungsträgers angeordnet ist und an dem mikromechanischen Bauteil mindestens eine drucksensitive Biegestruktur oder Membran ausgebildet ist.
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Bei dem hier beschriebenen mikromechanischen Bauteil kann es sich insbesondere um einen Niederdrucksensor, Mitteldrucksensor oder ein Hochdrucksensor handeln. Alternativ sind mikromechanische Bauteile beziehungsweise Mikrosysteme denkbar, die sich zum Detektieren zum Beispiel von Feuchtigkeit und Temperatur eignen.
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Hierbei können auf dem Schaltungsträger ein oder mehrere Kontaktanschlüsse und/oder Steckanschlüsse für eine Anzahl von mikromechanischen Bauteilen vorgesehen sein, wodurch ein platzsparendes Anordnen der mikromechanischen Bauteile möglich ist. Unter „Anzahl“ versteht man im vorliegenden Zusammenhang ein oder mehrere Kontaktanschlüsse und/oder Steckanschlüsse.
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Des Weiteren sind das mikroelektronische Bauteil und/oder der Schaltungsträger zumindest bereichsweise mit mindestens einer ausgehärteten Spritzmasse derart umgeben, dass zumindest die mindestens eine drucksensitive Biegestruktur freiliegt und der hier beschriebene Schaltungsträger flexibel ausgebildet ist. So lässt sich das mikroelektronische Bauteil insbesondere einfach auf den flexiblen Schaltungsträger anordnen, einstecken oder kontaktieren. Insbesondere können an dem flexiblen Schaltungsträger weitere Komponenten auf einer dem mikromechanischen Bauteil gegenüberliegenden Seite des Schaltungsträgers angeordnet sein, beispielsweise Klemmkontakte. Die Klemmkontakte können zum Anordnen der mikromechanischen Drucksensorvorrichtung in ein Gehäuse, insbesondere ein Kunststoffgehäuse, vorgesehen sein.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der mikromechanischen Drucksensorvorrichtung. Im Schritt A des Verfahrens wird ein mikromechanisches Bauteil mit mindestens einer drucksensitiven Biegestruktur auf einer Montagefläche eines Schaltungsträgers angeordnet.
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Im Schritt B des Verfahrens werden das mikroelektronische Bauteil und/oder der Schaltungsträger zumindest teilweise mit mindestens einer Spritzmasse vor oder nach dem Anordnen des mikromechanischen Bauteils auf die Montagefläche des Schaltungsträgers umgeben. Die mindestens eine drucksensitive Biegestruktur wird während dem Umspritzen mit der mindestens einen Spritzmasse zumindest bereichsweise freigehalten und das mikromechanische Bauteil wird an dem flexibel ausgebildeten Schaltungsträger angeordnet. Das heißt, dass sofern das mikromechanischen Bauteil und der Schaltungsträger mit der mindestens einen Spritzmasse umgeben werden, die mindestens eine drucksensitive Biegestruktur oder Membran von der mindestens einen Spritzmasse zumindest bereichsweise freigehalten werden. Beispielsweise kann die drucksensitive Biegestruktur vollständig frei von der mindestens einen Spritzmasse sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Schaltungsträger eine Folie mit einer integrierten Leiterbildstruktur. So lassen sich auf dem Schaltungsträger elektronische Komponenten, insbesondere das mikromechanische Bauteil, einfach auf dem Schaltungsträger anordnen. Mit anderen Worten werden die zu integrierenden Komponenten durch Montage- und Verbindungstechnologien in und/oder auf dem flexiblen Schaltungsträger ausgebildeten Leiterbahnen angeordnet. Beispiele für Montage- und Verbindungstechnologien sind insbesondere Kleben, Löten, Flip Chip Montage oder Draht-Bonden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst der Schaltungsträger eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung. Unter der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung kann ein ASIC verstanden werden. So lässt sich auf einfache Art und Weise eine anwendungsspezifische mikromechanische Drucksensorvorrichtung bereitstellen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die anwendungsspezifische integrierte Schaltung zwischen dem Schaltungsträger und dem mikromechanischen Bauteil angeordnet. So lässt sich insbesondere durch Flip-Chip-Montage das mikromechanische Bauteil einfach auf die anwendungsspezifische integrierte Schaltung aufstecken, anbinden oder kontaktieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ein elektrisches Kontaktieren des mikromechanischen Bauteils auf und/oder in dem Schaltungsträger mittels Kleb-, Löt-, Flip-Chip- oder Drahtbond-Montagetechnologie durchführbar. So lässt sich auf einfache Art und Weise mittels Montagetechnologie eine platzsparende vertikale Integration des mikromechanischen Bauteils realisieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die ausgehärtete Spritzmasse auf ein Spritzgussverfahren zurückführbar. Ferner kann die ausgehärtete Spritzmasse auf ein alternatives Moldverfahren zurückführbar sein. So lässt sich die hier beschriebene ausgehärtete Spritzmasse kostengünstig und einfach an das mikroelektronische Bauteil und/oder den Schaltungsträger anbringen. Mit anderen Worten kann mittels des hier beschriebenen Spritzgussverfahrens mit Ausnahme der mindestens einen drucksensitiven Biegestruktur oder Membran des mikroelektronischen Bauteils der Schaltungsträger weitestgehend umgeben oder verkapselt sein. Hierdurch kann die mikromechanische Drucksensorvorrichtung insbesondere mechanisch stabilisiert werden. Zusätzlich kann durch das hier beschriebene Verfahren eine zusätzliche mechanische Funktionalität, beispielsweise durch Befestigungselemente, an oder in die ausgehärtete Spritzmasse hinzugefügt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die ausgehärtete Spritzmasse ein Duroplast. Diese Art von polymerem Werkstoff lässt sich besonders gut mit dem Spritzgussverfahren kombinieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Formgebung beziehungsweise geometrische Anpassung der mikromechanischen Drucksensorvorrichtung an ein Gehäuse durch ein Spritzgusswerkzeug realisierbar. Das heißt, dass durch Wahl eines geeigneten Spritzgusswerkzeugs eine spätere Form der mikromechanischen Drucksensorvorrichtung einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das teilweise Umgeben des mikroelektronischen Bauteils und/oder des Schaltungsträgers vor oder nach dem Anordnen des mikromechanischen Bauteils mit der mindestens einen Spritzmasse durch Spritzgießen. Mittels Spritzgießen lässt sich eine spätere Form beziehungsweise geometrische Ausgestaltung der ausgehärteten Spritzmasse der mikromechanischen Drucksensorvorrichtung durch ein entsprechendes Spritzgusswerkzeug einfach vorbestimmen. Das Spritzgusswerkzeug kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die mikromechanische Drucksensorvorrichtung einfach in das Gehäuse, insbesondere in das Kunststoffgehäuse, einsteckbar ist.
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Die hier beschriebene mikromechanische Drucksensorvorrichtung kann insbesondere in einer integrierten Reel to Reel (abgekürzt: R2R) Fertigungslinie kostengünstig hergestellt werden.
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Die hier beschriebenen Merkmale der mikromechanischen Drucksensorvorrichtung sind auch für das entsprechende Herstellungsverfahren offenbart sowie umgekehrt.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Aufsichtsdarstellung zum Erläutern einer mikromechanischen Drucksensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern einer mikromechanischen Drucksensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Drucksensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
- 4 eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern des Verfahrensschritts B.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche beziehungsweise funktionsgleiche Elemente.
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1 ist eine schematische Aufsichtsdarstellung zum Erläutern einer mikromechanischen Drucksensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In der 1 bezeichnet Bezugszeichen 100 eine mikromechanische Drucksensorvorrichtung. Die mikromechanische Drucksensorvorrichtung 100 umfasst einen Schaltungsträger 10. Der Schaltungsträger 10 ist flexibel ausgebildet. Der Schaltungsträger 10 kann insbesondere als Folie F1 mit einer integrierten Leiterbildstruktur umfassend Kontaktpads P1 und Leitungen L1 bzw. Schaltungen ausgebildet sein.
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Die mikromechanische Drucksensorvorrichtung 100 umfasst ferner ein mikromechanisches Bauteil 10, wobei das mikromechanische Bauteil 20 auf einer Montagefläche 11 des Schaltungsträgers 10 angeordnet ist und an dem mikromechanischen Bauteil 20 mindestens eine drucksensitive Biegestruktur 15 ausgebildet ist, wobei das mikroelektronische Bauteil 20 und/oder der Schaltungsträger 10 zumindest bereichsweise mit mindestens einer ausgehärteten Spritzmasse 30 derart umgeben sind, dass zumindest die mindestens eine drucksensitive Biegestruktur 15 zumindest bereichsweise freiliegt (siehe 2). Hierbei ist der Schaltungsträger 10 flexibel ausgebildet.
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Das mikromechanische Bauteil 20 kann auf den flexiblen Schaltungsträger 10 aufgesteckt sein, wobei die drucksensitive Biegestruktur 15 vollkommen frei von der ausgehärteten Spritzmasse 30 sein kann.
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2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern einer mikromechanischen Drucksensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 basiert auf der in 1 illustrierten mikromechanischen Drucksensorvorrichtung. Wie in 2 gezeigt ist das mikromechanische Bauteil 20 auf der Montagefläche 11 des Schaltungsträgers 10 angeordnet, wobei an dem mikromechanischen Bauteil 20 die mindestens eine drucksensitive Biegestruktur 15 ausgebildet ist.
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Ferner zeigt die 2 die mindestens eine ausgehärtete Spritzmasse 30, wobei die mindestens eine ausgehärtete Spritzmasse 30 das mikroelektronische Bauteil 20 und/oder den Schaltungsträger 10 derart umgibt oder umschließt, dass zumindest die mindestens eine drucksensitive Biegestruktur 15 freiliegt und der Schaltungsträger 10 flexibel ausgebildet ist. Die mindestens eine ausgehärtete Spritzmasse 30 schützt insbesondere die hier genannten Komponenten, beispielsweise die Kontaktpads P1 und die Leitungen L1, des flexiblen Schaltungsträgers 10.
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Insbesondere kann der Schaltungsträger 10 eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung 17 umfassen, diese kann beispielsweise zwischen dem Schaltungsträger 10 und dem mikromechanischen Bauteil 20 angeordnet sein.
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3 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Drucksensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Im Verfahrensschritt A wird das mikromechanische Bauteil 20 mit der mindestens einen drucksensitiven Biegestruktur 15 auf die Montagefläche 11 des Schaltungsträgers 10 angeordnet.
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Im Verfahrensschritt B des Verfahrens wird das mikroelektronische Bauteil 20 und/oder der Schaltungsträger 10 zumindest teilweise mit der mindestens einen Spritzmasse 30 vor oder nach dem Anordnen des mikromechanischen Bauteils 20 auf die Montagefläche 11 des Schaltungsträgers 10 umgeben. Hierbei wird während des zumindest teilweisen Umgebens mit der mindestens einen Spritzmasse 30 die mindestens eine drucksensitive Biegestruktur 15 von der mindestens einen Spritzmasse 30 zumindest bereichsweise freigehalten und das mikromechanische Bauteil 20 wird an dem flexibel ausgebildeten Schaltungsträger 10 angeordnet.
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4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung zum Erläutern des Verfahrensschritts B.
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Die 4 zeigt schematisch ein Spritzgusswerkzeug W1. Das Spritzgusswerkzeug W1 ist derart ausgebildet, dass während des Verfahrensschritts B, die mindestens eine drucksensitive Biegestruktur 15 von der mindestens einen Spritzmasse 30 zumindest bereichsweise freigehalten wird. Alternativ kann das Spritzgusswerkzeug W1 derart ausgebildet sein, dass das mikroelektronische Bauteil 20 nach dem zumindest teilweisen Umgeben des Schaltungsträgers 10 mit der mindestens einen Spritzmasse 30 auf dem Schaltungsträger 10 angeordnet wird. Mit anderen Worten, weist der Schaltungsträger 10 nach dem Umgeben, Umschließen oder Umspritzen eine Ausnehmung auf, in der das mikromechanische Bauteil 10 auf dem flexibel ausgebildeten Schaltungsträger 10 angeordnet oder montiert werden kann.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Anordnungen nur beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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