DE102020102493A1 - Die mit Gehäuse und Montageverfahren - Google Patents

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Andreas Barbul
Matthias Schmidt
Matthias König
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Abstract

Die Erfindung umfasst ein Gehäuse (1), das eine Ummantelung (2) umfasst, die eine Öffnung aufweist und einen Hohlraum (9) umschließt. Ferner umfasst das Gehäuse (1) ein in dem Hohlraum (9) untergebrachtes Die (4) und eine an der Ummantelung (2) befestigte Membran (5), die luftdurchlässig ist. Die Membran (5) bedeckt die Öffnung und dichtet diese ab, wobei ein vertikaler Gasstrom durch die Membran (5) in den Hohlraum (9) blockiert ist, so dass nur ein lateraler Gasstrom in der Membran (5) möglich ist. Das Blockieren erfolgt durch ein Blockelement (6), das eine Oberfläche der Membran (5), zumindest im Bereich der Öffnung, dicht bedeckt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse, das eine Ummantelung und ein in der Ummantelung eingeschlossenes Die umfasst. Die Ummantelung weist eine Öffnung auf. Die Öffnung wird als ein Kanal zwischen der Umgebung und dem Hohlraum im Gehäuse verwendet.
  • Gehäuse des Stands der Technik umfassen eine Ummantelung und ein in der Ummantelung eingeschlossenes Die. In der Regel ist eine wasserdichte Membran mit einer Innenfläche der Ummantelung verbunden. Bei einigen Sensoranwendungen, zum Beispiel Mikrofonen, ist die Membran vor dem Sensor-Die platziert. Wenn ein höheres Schutzniveau erforderlich ist, werden Dies durch ein Silikongel oder Stahlmembrane geschützt. Dieses Schutzniveau ist zum Beispiel für Drucksensoren erforderlich.
  • Die Patentschrift DE 102017115405 B3 offenbart ein MEMS-Mikrofon, das eine Trägerplatte und ein darauf, über einer als ein Kanal wirkenden Öffnung, montiertes MEMS-Die umfasst. Ein Filterchip umfasst ein Füllmaterial mit einem Durchlass, der durch ein Gewebe bedeckt und verschlossen ist. Das Gewebe umfasst eine Schicht eines Filterchips mit parallelen ersten Durchgangslöchern, die in der Schicht strukturiert sind. Der Filterchip ist so in oder auf der Trägerplatte angeordnet, dass das Gewebe die Öffnung bedeckt.
  • Die Patentschrift DE 102009019446 B4 offenbart einen auf einem MEMS-Die basierenden Sensor. Der Sensor ist auf einer Trägerplatte angeordnet, wobei eine erforderliche Mediumszugangsöffnung vorgesehen ist. Ein integrales Filtergewebe bedeckt die Öffnung. Das Gewebe wird in unstrukturierter Form über die gesamte Oberfläche der Trägerplatte aufgebracht. Dann wird eine Strukturierung durchgeführt, um vorzugsweise gleichzeitig eine das Filtergewebe bildende Perforation zu erzeugen.
  • Insbesondere bei Sensor-Dies ist ein mehr oder weniger direkter Kontakt mit der Umgebung erforderlich. Typische Anwendungen sind Drucksensoren, Gassensoren, Feuchtigkeitssensoren und Mikrofone. Diese Vorrichtungen können in verschiedenen Verbraucherprodukten wie Mobiltelefonen, Smart Watches oder Navigationsvorrichtungen integriert sein. Die erwähnten Vorrichtungen können während ihrer Verwendung rauen Umgebungen ausgesetzt sein.
  • Daher ist ein Schutz gegen Staub und Wasser wünschenswert. Es werden in der Regel Membrane oder Polymersiebe verwendet, um eine erforderliche Wasserbeständigkeit zu gewährleisten. Eine Abdichtung der Ummantelung verursacht jedoch beträchtliche zusätzliche Kosten in der Produktion. Darüber hinaus kann eine etwaige Reparatur schwierig werden, da eine Verletzung der Membran an einer beliebigen Stelle die Dichtigkeit der gesamten Ummantelung beeinflusst. Des Weiteren können sich die Empfindlichkeit und die Ansprechzeit des Sensors im Vergleich zu einer Baugruppe ohne Abdichtung verschlechtern.
  • Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Gehäuses für ein Die, welcher vorzugsweise ein Sensor ist, mit einer verbesserten Abdichtung gegen die Umgebung, das im Vergleich zu einem nicht eingehäusten Sensor die mechanische und elektrische Leistungsfähigkeit nicht zu sehr verschlechtert. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Dichtung für das Gehäuse, die sich leicht herstellen lässt und Flüssigkeiten oder Partikel aus der Umgebung besser als bekannte Lösungsansätze zurückhält.
  • Mindestens eine dieser Aufgaben wird durch ein Gehäuse nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Variationen sowie ein Herstellungsverfahren lassen sich den weiteren Ansprüchen entnehmen.
  • Ein Gehäuse umfasst eine Ummantelung, die eine Öffnung aufweist. Die Ummantelung schließt einen Hohlraum ein. In dem Hohlraum ist ein Die untergebracht. Eine luftdurchlässige Membran ist an der Ummantelung befestigt. Die Membran bedeckt die Öffnung und dichtet diese ab. Ein vertikaler Gasstrom durch die Membran in den Hohlraum wird durch ein Blockelement so blockiert, dass nur ein lateraler Gasstrom in der Membran möglich ist. Eine vertikale Richtung bedeutet hier und im Folgenden eine normal zu der Ebene der Membran verlaufende Richtung. Das Blockelement deckt eine Oberfläche der Membran dicht ab, zumindest im Bereich der Öffnung.
  • Die offenbarte Anordnung gestattet eine dichte Abdichtung des Dies ohne Erfordernis einer vollständigen Einhausung des Gehäuses. Öffnungen im Gehäuse sind notwendig für den Signaleingang, wenn das Die als ein Sensor verwendet wird. Zum Beispiel kann das Die ein Drucksensor, ein Gassensor, ein Feuchtigkeitssensor oder ein Mikrofon sein. Die Öffnungen sind die einzigen Stellen des Gehäuses, an denen Substanzen aus der Umgebung wie Wasser oder Staub in die Ummantelung eintreten könnten. Wenn die Öffnung abgedichtet ist, ist somit das gesamte Gehäuse abgedichtet.
  • In der Regel können solche Sensorgehäuse im Mantel einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung montiert sein. Typische Beispiele für die erwähnte Vorrichtung sind Mobiltelefone, Smart Watches oder Navigationsvorrichtungen. Wenn der Hohlraum in dem Gehäuse abgedichtet ist, reicht es aus, die Schnittstelle zwischen dem abgedichteten Gehäuse und dem Mantel der Vorrichtung abzudichten, um eine wasser- und staubdichte Vorrichtung zu erhalten. Die Abdichtung kann durch eine(n) standardmäßige(n) O-Ring oder Gummidichtung zwischen dem Gehäuse und dem Mantel leicht erhalten werden.
  • Trotz der dichten wasserundurchlässigen und staubundurchlässigen Abdichtung ist die Membran immer noch luftdurchlässig. Somit wird der erforderliche Luftstrom durch die Membran zum Ermöglichen empfindlicher Messungen von Druck, Gaszusammensetzung oder Feuchtigkeit gewährleistet. Aufgrund des lateralen Luftstroms in der Membran sind keine zusätzlichen Zwischenstrukturen zum Bilden eines Durchgangs für die Luft zwischen der Umgebung und dem Die erforderlich.
  • Des Weiteren sind keine zusätzlichen strukturellen Komponenten zum Montieren oder Fixieren der Membran erforderlich. Die Membran ist in die herkömmliche Struktur des Gehäuses einbezogen und kann durch das Kleben der Membran an eine Oberfläche der Ummantelung fixiert werden. In einer Ausführungsform ist die Membran durch Einklemmen zwischen verschiedene Teile der Ummantelung fixiert.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse ein Substrat und einen Deckel, die zusammengefügt sind, wodurch der Hohlraum eingeschlossen wird.
  • Das Substrat kann die Form einer Wanne oder eines Kastens mit einer offenen Seite an der Oberseite haben. Der Deckel kann die Form einer Platte mit einer Mindestgröße entsprechend der offenen Seite des Substrats haben. Der Deckel kann so geformt sein, dass er mit der offenen Seite des Substrats zusammenpasst und diese verschließt. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Deckel wie eine Wanne oder ein Kasten mit einer offenen Seite am Boden geformt sein und das Substrat kann wie eine Platte geformt sein. Das Substrat kann so geformt sein, dass es mit der offenen Seite des Deckels zusammenpasst und diese verschließt.
  • Das Substrat ist als der Teil der Ummantelung am unteren Ende des Gehäuses definiert. Der Deckel ist als der Teil des Gehäuses am oberen Ende des Gehäuses definiert. Der Deckel und das Substrat sind dahingehend geformt, einen Hohlraum, der das Die aufnimmt, zu umschließen.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Öffnung in der Ummantelung zwischen dem Deckel und dem Substrat ausgebildet. Sowohl der Deckel als auch das Substrat können wie oben beschrieben ausgeführt sein.
  • Bei dieser Ausführungsform kann die Membran an der Innenfläche des Deckels angeordnet sein. Innenflächen sind dem Hohlraum zugekehrte Flächen. Die Membran kann durch einen Klebstoff an dem Deckel montiert sein. Die Membran weist eine Form und Größe zum Bedecken und Abdichten mindestens der Öffnung auf. Durch Bedecken der gesamten Innenfläche des Deckels ist die Membran dahingehend ausgeführt, die Öffnung zwischen dem Deckel und dem Substrat dementsprechend zu bedecken und abzudichten.
  • In diesem Fall dient die Membran als eine Zwischenstruktur, die einen Spalt für die Luftversorgung zwischen dem Deckel und dem Substrat belässt. Darüber hinaus dient die Membran als eine Abdeckung zum Abdichten des Spalts gegen Flüssigkeiten oder Staub. Die laterale Luftdurchlässigkeit der Membran gestattet einen lateralen Gasstrom, der weitere Zwischenstrukturen zwischen dem Substrat und dem Deckel überflüssig macht.
  • Die zwischen zwei unabhängigen Teilen der Ummantelung, dem Substrat und dem Deckel, positionierte Membran wirkt ferner als eine mechanische Entkopplungskomponente, die thermo-mechanische Spannungen oder Biegespannungen reduziert, die entstehen können, wenn verschiedene Materialien für das Substrat und den Deckel verwendet werden.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Öffnung im Deckel ausgebildet. In diesem Fall sind der Deckel und das Substrat dicht aneinander fixiert. In diesem Fall ist zwischen dem Deckel und dem Substrat kein Spalt ausgebildet. Der Deckel und das Substrat können durch einen Klebstoff oder eine gelötete Verbindung dicht fixiert sein. Die Membran bedeckt die Öffnung in dem Deckel und den umgebenden Deckelbereich, auf dem die Membran fixiert ist. Die Membran kann durch einen Klebstoff auf dem Deckel fixiert sein.
  • Bei einer anderen Ausführungsform ist die Öffnung in dem Substrat ausgebildet. In diesem Fall sind das Substrat und der Deckel auch dicht aneinander fixiert. Zwischen dem Deckel und dem Substrat ist kein Spalt ausgebildet. Die Membran bedeckt die Öffnung in dem Substrat und den umgebenden Bereich des Substrats. Die Membran kann durch einen Klebstoff an dem Substrat fixiert sein. Solch einer Anordnung kann für den Bau eines Mikrofons nützlich sein.
  • Bei allen offenbarten Ausführungsformen dient die Membran als eine Abdichtung der Öffnung in der Ummantelung und als eine Zwischenstruktur, die einen lateralen Durchgang gleichzeitig für einen Luft- oder Gasstrom bildet. Die Membran kann auf einer Seite an der Ummantelung befestigt sein und auf der anderen Seite durch ein Blockelement bedeckt sein. Die schmalen lateralen Seiten der Membran sind nicht blockiert. Das Blockelement hemmt einen vertikalen Gasstrom durch die Membran. Ein lateraler Gasstrom durch die Membran ist möglich.
  • Bei einer Ausführungsform wird das Die als das Blockelement verwendet. Insbesondere kann bei Ausführungsformen, bei denen die Membran eine Öffnung in dem Substrat oder eine Öffnung in dem Deckel bedeckt, das Die den Großteil der Oberfläche auf der anderen Seite der Membran bedecken. Obgleich eine vertikale Gasdiffusion durch die Membran möglich ist, wird somit ein vertikaler Gasstrom blockiert, und es ist nur noch ein lateraler Gasstrom möglich.
  • Bei einer Ausführungsform kann das Die eine funktionale Öffnung umfassen, die einen vertikalen Gasstrom durch die Membran in die funktionale Öffnung des Dies gestattet. Es ist kein Gasstrom durch das Die in den Hohlraum möglich. Solch eine Anordnung kann zum Bauen eines Mikrofons nützlich sein.
  • Bei einer anderen Ausführungsform ist das Blockelement ein Teil der Ummantelung. Das Blockelement kann entweder der Deckel oder das Substrat sein. Die Außenfläche der Membran kann entweder durch den Deckel oder das Substrat bedeckt sein. Eine Außenfläche ist eine dem Hohlraum abgekehrte Fläche. Bei dieser Ausführungsform kann sich die Öffnung zwischen dem Deckel und dem Substrat befinden. Die Öffnung kann entweder eine offene Seite des Substrats oder des Deckels sein.
  • Wenn die Öffnung eine offene Seite des Substrats ist, ist der Deckel als eine die Ummantelung schließende Platte geformt. Der Deckel bedeckt die Außenfläche der Membran. Wenn die Öffnung eine offene Seite des Deckels ist, ist das Substrat als eine die Ummantelung schließende Platte geformt. Das Substrat bedeckt die Außenseite der Membran. Da in jedem Fall eine Seite der Membran durch ein Blockelement bedeckt wird, erfolgt kein vertikaler Gasstrom durch die Membran.
  • Bei jeder Ausführungsform ist das Blockelement ein Teil, das bereits in einem herkömmlichen Gehäuse vorhanden ist, und somit sind mit Ausnahme der Membran keine zusätzlichen Komponenten erforderlich.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Membran durch einen Klebstoff an dem Blockelement fixiert sein.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Membran hydrophob. Daher können kein Wasser oder andere hydrophile Flüssigkeiten die Membran in einem definierten Druckbereich passieren. Wenn der Druck einen kritischen Wert übersteigt, ist das Eindringen von Flüssigkeiten in die Membran möglich. Der kritische Druckwert kann modifiziert werden und durch geeignete Auswahl der Eigenschaften der Membran, wie zum Beispiel des Materials oder der Dichtigkeit der Membran, eingestellt werden. In typischen Verbraucherprodukten wie Mobiltelefonen, Watches oder Navigationsvorrichtungen sollte die Membran Wasserbeständigkeit bis zu mindestens 1 m Wassertiefe gewährleisten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sollte die Membran Wasserbeständigkeit bis zu 2 m Wassertiefe oder mehr gewährleisten.
  • Bei einer Ausführungsform besteht die Membran aus Polytetrafluorethylen (PTFE). Das PTFE-Polymer kann aufgeschäumt sein. Das Aufschäumen des PTFE-Polymers gestattet die Modifikation seiner Eigenschaften. Zum Beispiel kann eine TEMISH®-Membran verwendet werden. Die Membran kann dank mindestens 1 Million Mikroporen pro Quadratzentimeter eine hohe Luftdurchlässigkeit haben. Andererseits verhindert die Mikroporenstruktur den Eintritt von Staub und Wasser. Die Mikroporen können einen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 10 µm haben. Somit filtert die Membran Partikel und Wassertropfen oder gasförmige Feuchtigkeit heraus, damit nur reine Luft passieren kann. Vorteile eines aufgeschäumten PTFE-Polymers sind eine hohe chemische Beständigkeit, Hitzebeständigkeit, Wasserbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und elektrische Isolierung.
  • Das Die kann eine mikroelektromechanische Struktur (MEMS) umfassen. Die MEMS kann ein Halbleitermaterial umfassen. Die MEMS kann als ein Sensor oder ein Mikrofon fungieren. Die MEMS kann als ein Chip geformt sein.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann das Die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (englisch: application-specific integrated circuit, ASIC) umfassen. Die ASIC kann ein Halbleitermaterial umfassen. Die ASIC kann als ein Chip geformt sein. Des Weiteren kann das Gehäuse mehrere Dies umfassen, von denen eines eine MEMS und ein anderes eine ASIC sein kann. Eine MEMS und eine ASIC können elektrisch verbunden sein. Sowohl die MEMS als auch die ASIC können als ein Blockelement wirken.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Substrat ein keramisches Material. Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Substrat ein Laminat. Das Substrat bildet mindestens den Boden des Gehäuses. Bei einer Ausführungsform kann das Substrat als eine Wanne oder ein Kasten mit einer offenen Seite an der Oberseite ausgebildet sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Substrat nur den Boden des Gehäuses umfassen.
  • Das Die, entweder eine MEMS oder eine ASIC, kann auf dem Substrat elektrisch kontaktiert sein. Zum Kontaktieren des Dies mit externen Schaltungen oder elektrischen Vorrichtungen umfasst mindestens eine Fläche des Dies Bond-Pads. Diese Seite wird als Kontaktfläche bezeichnet. Das Kontaktieren kann durch eine Drahtverbindung oder durch Löten der Kontaktfläche des Dies auf dem Substrat durchgeführt werden.
  • Bei einer Ausführungsform kann das Gehäuse als ein Drahtverbindungs-Gehäuse ausgeführt sein, in dem die Bond-Pads durch Drähte mit jeweiligen Kontakten des Substrats elektrisch verbunden sind.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann das Gehäuse als ein Flipchip-Gehäuse ausgeführt sein. Bei dieser Ausführungsform ist das Die umgedreht, so dass die Kontaktfläche dem Substrat am Boden des Gehäuses zugekehrt ist. Die Bond-Pads des Dies sind durch Löthügel oder leitende Klebstoffhügel mit dem Substrat elektrisch verbunden. Der leitende Klebstoff kann ein Epoxidharz sein.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst der Deckel ein Metall oder besteht aus diesem. Der Deckel kann als eine Wanne oder ein Kasten mit einer Öffnung am Boden ausgeführt sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Deckel als eine das Substrat an seiner Oberseite bedeckende Platte ausgebildet sein.
  • Der Deckel und das Substrat können durch ein Verbindungsglied verbunden sein, das zum Beispiel einen Klebstoff oder ein Lot umfasst. Der Klebstoff oder das Lot können als Hügel aufgebracht sein, die den dem Deckel zugekehrten Rand des Substrats und den dem Substrat zugekehrten Rand des Deckels bedecken.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die Verbindungsglieder in einem Abstand von ca. 100 µm zwischen jeweils zwei Gliedern aufgebracht sein. Durch Lot oder den Klebstoff verbunden, können der Deckel und das Substrat die die Öffnung zwischen dem Deckel und dem Substrat bedeckende Membran einklemmen. Die Membran kann dadurch fixiert sein, dass sie zwischen dem Substrat und dem Deckel eingeklemmt wird. In diesem Fall ist keine Fixierung der Membran durch einen Klebstoff erforderlich.
  • Bei dieser Ausführungsform durchdringt das den Deckel und das Substrat verbindende Verbindungsglied die Membran. Die Durchdringung wird durch Schneiden von Aussparungen in die Membran, die mit Klebstoff oder Lot gefüllt sein können, realisiert. Die Aussparungen können durch einen Laser geschnitten werden.
  • Bei einer Ausführungsform, bei der zwischen dem Substrat und dem Deckel keine Öffnung erforderlich ist, können diese beiden Komponenten durch einen durchgehenden Ring aus Klebstoff oder Lot verbunden sein. Solch eine dichte Verbindung kann die HF(Hochfrequenz)-Immunität des Gehäuses verbessern. Bei dieser Ausführungsform kann die Öffnung im Substrat oder im Deckel ausgebildet sein.
  • Bei einer Ausführungsform sind die Bond-Pads auf der Kontaktfläche des Dies durch ein Fixierglied, das zum Beispiel einen leitenden Klebstoff oder ein Lot umfasst, mit jeweiligen Kontakten auf dem Substrat elektrisch und mechanisch verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist die Kontaktfläche des Dies dem Substrat zugekehrt. Da die Kontaktfläche des Dies zum Boden umgedreht ist, wird das Gehäuse als ein Flipchip-Gehäuse bezeichnet.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Kontaktfläche nicht der Oberfläche des Substrats zugekehrt. In diesem Fall kann das Die durch Drähte elektrisch kontaktiert sein. Das Die kann jedoch immer noch durch die Fixierglieder mechanisch an dem Substrat fixiert sein.
  • Die Membran kann am Substrat befestigt sein und dabei die die Öffnung im Substrat bedecken. Das Die ist innerhalb des Hohlraums des Gehäuses angeordnet und bedeckt die Membran als ein Blockelement. Die Membran umfasst Aussparungen für Fixierglieder zwischen dem Die und dem die Öffnung umgebenden Substrat. Durch diese Fixierglieder ist das Die innerhalb des Gehäuses montiert. Die Fixierglieder können leitende Materialien wie Klebstoffe oder Lot, die die Bond-Pads und das Substrat elektrisch verbinden, umfassen.
  • Die Aussparungen sind nur in die Abschnitte der Membran geschnitten, die durch das Die als ein Blockelement bedeckt sind. Da die Membran bedeckt ist, ist kein Eindringen von unerwünschten Flüssigkeiten oder Staub durch die Aussparungen möglich.
  • Da das Blockelement vertikalen Gasstrom hemmt, ist Gasstrom nur in einer lateralen Richtung möglich. Bei keiner Ausführungsform ist ein vertikaler Gasstrom aus der Umgebung direkt in den durch die Ummantelung umschlossenen Hohlraum möglich.
  • Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Montieren eines Gehäuses, umfassend die folgenden Schritte:
    • - Bereitstellen eines Bond-Pads umfassenden Dies, und eines Substrats und eines Deckels, die beide Teil einer einen Hohlraum umschließenden Ummantelung sind, wobei der Deckel eine Öffnung umfasst.
    • - Anordnen einer Membran auf einer Oberfläche des Substrats.
    • - Anordnen des Dies an der Ummantelung.
    • - Befestigen des Substrats mit befestigter Membran und dem Deckel derart, dass die Membran die Öffnung bedeckt, wodurch die das Die umschließende Ummantelung verschlossen wird.
  • Bei einer Ausführungsform kann das Die an dem Substrat angeordnet werden. Das Anordnungsverfahren kann die folgenden Schritte umfassen:
    • - Ausbilden von Aussparungen in der an dem Substrat angeordneten Membran.
    • - Füllen der Aussparungen mit Fixiergliedern, die leitendes Material umfassen.
    • - Anordnen des Dies an den Fixiergliedern derart, dass das Die an dem Substrat mechanisch fixiert und elektrisch damit verbunden wird.
  • Zum Beispiel wird das Gehäuse durch das folgende Verfahren montiert, das die Schritte der beiden letzten Verfahren umfasst:
    • - Bereitstellen eines Dies, das Bond-Pads und ein Substrat als Teil einer Ummantelung umfasst.
  • Sowohl das Die als auch das Substrat umfassen Bond-Pads zur elektrischen Verbindung.
    • - Anordnen einer Membran auf einer Oberfläche des Substrats.
  • Die Membran kann durch einen zwischen dem Substrat und der Membran laminierten Klebstoff fixiert werden.
  • Die Membran kann auf einem beliebigen Teil des Substrats angeordnet werden. Die Membran kann eine gesamte Oberfläche des Substrats oder einen Teil davon bedecken.
    • - Ausbilden von Aussparungen in der Membran.
  • Die Aussparungen werden an Stellen ausgebildet, die den Stellen der Bond-Pads auf der Oberfläche entsprechen. Die Aussparungen können ausgebildet werden, bevor die Membran auf dem Substrat angeordnet wird. In einem anderen Fall wird die Membran fixiert, bevor die Aussparungen ausgebildet werden. Die Aussparungen können durch einen Laser geschnitten werden.
    • - Füllen der Aussparungen mit Fixiergliedern, die leitendes Material umfassen.
  • Das leitende Material kann ein leitender Klebstoff wie ein Epoxidharz oder Lot sein. Die Stellen der Fixierglieder entsprechen den Bond-Pads auf der Oberfläche des Substrats und sind daher mit dem Substrat elektrisch kontaktiert.
    • - Anordnen des Dies auf den Fixiergliedern derart, dass das Die an dem Substrat mechanisch fixiert und elektrisch damit verbunden ist.
    • - Bedecken des Substrats durch einen Deckel derart, dass das Substrat und der Deckel eine das Die umschließende Ummantelung bilden.
  • Durch Bedecken der Membran mit dem Substrat als ein Blockelement ist kein vertikaler Gasstrom, weder durch die Membran noch durch die vertikalen Aussparungen, möglich. Nur lateraler Gasstrom aus der Umgebung, der in die Membran an ihrer lateralen Seite an dem Spalt zwischen dem Deckel und dem Substrat eintritt, ist möglich.
  • Gemäß einer Ausführungsform bedeckt die Membran eine gesamte Oberfläche des Substrats. Des Weiteren wird das Substrat durch einen das Substrat und den Deckel durch Verbindungsglieder verbindenden Deckel bedeckt. Zum Verbinden des Substrats und des Deckels können die folgenden Schritte ausgeführt werden:
    • - Ausbilden von Aussparungen für Verbindungsglieder in der Membran.
  • Die Aussparungen können durch einen Laser geschnitten werden. Die Aussparungen können in der Membran geschnitten werden, bevor sie auf der Oberfläche angeordnet wird. Die Aussparungen werden in dem Teil des Substrats positioniert, der später mit dem Deckel verbunden wird.
    • - Füllen der Aussparungen zum Bilden von Verbindungsgliedern.
  • Die Verbindungsglieder umfassen leitende Materialien wie einen leitenden Klebstoff oder Lot.
    • - Fixieren des Deckels an den Verbindungsgliedern.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst ein weiteres Verfahren zum Montieren eines Gehäuses, umfassend die folgenden Schritte:
    • - Bereitstellen eines Bond-Pads umfassenden Dies, und eines Substrats und eines Deckels, die beide Teil einer einen Hohlraum umschließenden Ummantelung sind, wobei der Deckel eine Öffnung umfasst.
    • - Anordnen einer Membran auf dem Substrat derart, dass sie die Öffnung in dem Substrat bedeckt.
    • - Anordnen des Dies an der Ummantelung.
    • - Anordnen des Deckels auf dem Substrat zum Schließen der Ummantelung, wodurch das Die eingeschlossen wird.
  • Bei einer Ausführungsform kann das Die an dem Substrat angeordnet werden. Das Anordnungsverfahren kann die folgenden Schritte umfassen:
    • - Ausbilden von Aussparungen in der an dem Substrat angeordneten Membran.
    • - Füllen der Aussparungen mit Fixiergliedern, die leitendes Material umfassen.
    • - Anordnen des Dies an den Fixiergliedern derart, dass das Die an dem Substrat mechanisch fixiert und elektrisch damit verbunden wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform bedeckt die Membran eine Öffnung in der Oberfläche des Substrats. In diesem Fall kann die Membran nicht die gesamte Oberfläche des Substrats bedecken. Es werden keine weiteren Aussparungen in der Membran ausgebildet.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Öffnung eine offene Seite des Substrats. In diesem Fall bedeckt die Membran die offene Seite des Substrats. Des Weiteren wird die Membran durch ein Blockelement, nämlich den Deckel, blockiert, um einen vertikalen Gasstrom zu blockieren. Das Die kann an dem Substrat fixiert werden und kann des Weiteren die Membran nicht berühren.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Membran und das Die zum Beispiel durch einen Klebstoff aneinander fixiert, bevor die Membran auf dem Substrat angeordnet wird. Die Aussparungen in der Membran können vor oder nach dem Fixieren der Membran an dem Die geschnitten werden.
  • Das oben offenbarte Verfahren kann einen weiteren Schritt umfassen: Ein Träger, wie zum Beispiel eine Leiterplatte (englisch: printed circuit board, PCB), wird am Substrat angeordnet und durch ein flüssigkeitsundurchlässiges Montageelement auf dem Substrat montiert. Das flüssigkeitsundurchlässige Montageelement kann eine Lötverbindung oder ein doppelseitiges Klebeband sein. Das offenbarte Verfahren gestattet das Montieren und Abdichten des Gehäuses auf eine einfache und flexible Weise, die an technische Anforderungen anpassbar ist.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen und die dazugehörigen Figuren ausführlicher erläutert. Die Figuren sind nur zum besseren Verständnis schematisch gezeichnet und sind nicht maßstäblich. Identische oder äquivalente Elemente werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die möglichen Ausführungsformen sind nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
    • 1A zeigt in einer Querschnittsansicht eine erste Ausführungsform des Gehäuses;
    • 1B zeigt eine Draufsicht eines oben offenen Substrats der ersten Ausführungsform des Gehäuses;
    • 2A zeigt in einer Querschnittsansicht eine zweite Ausführungsform des Gehäuses mit dem durch das Flipchip-Verfahren elektrisch kontaktierten Die;
    • 2B zeigt in einer Querschnittsansicht eine zweite Ausführungsform des Gehäuses mit dem durch einen Drahtverbindung elektrisch kontaktierten Die;
    • 2C zeigt eine Draufsicht eines oben offenen Substrats der zweiten Ausführungsform des Gehäuses mit dem durch einen Drahtverbindung elektrisch kontaktierten Die;
    • 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform des Gehäuses mit dem durch ein Flipchip-Verfahren elektrisch kontaktierten Die und der zwischen dem Die und dem Substrat positionierten Membran;
    • 4 zeigt in einer Querschnittsansicht eine vierte Ausführungsform des Gehäuses mit dem durch eine Drahtverbindung elektrisch kontaktierten Die und der zwischen dem Die und dem Substrat positionierten Membran;
    • 5A zeigt eine fünfte Ausführungsform des Gehäuses mit einer Öffnung in dem Substrat, die durch eine Membran bedeckt ist, und mit dem durch Lötkugeln elektrisch kontaktierten Die auf einer Leiterplatte befestigt ist;
    • 5B zeigt eine fünfte Ausführungsform des Gehäuses mit einer Öffnung in dem Substrat, die durch eine Membran bedeckt ist, und mit dem durch eine Drahtverbindung elektrisch kontaktierten Die auf einer Leiterplatte befestigt ist.
  • 1A zeigt in einer Querschnittsansicht eine erste Ausführungsform des Gehäuses 1 gemäß der Erfindung. Das Gehäuse umfasst eine Ummantelung 2. Die Ummantelung 2 besteht aus zwei getrennten Teilen. Ein Substrat 7 umfasst die untere Seite und die vier lateralen Seiten der Ummantelung, die einen Kasten bildet. Das Substrat 7 kann aus einem keramischen Material bestehen.
  • Der zweite Teil der Ummantelung 2 ist ein Deckel 8, der die Oberseite der Ummantelung 2 bildet. Der Deckel 8 kann aus einem metallischen Material bestehen. Der Deckel 8 ist dahingehend geformt, oben auf das Substrat 7 zu passen. Zwischen dem Substrat und dem Deckel 8 ist ein Hohlraum 9 ausgebildet, der durch die Ummantelung 2 umschlossen ist.
  • Zwischen dem oberen Rand des Substrats 7 und dem Deckel 8 ist eine Membran 5a, die als eine Zwischenstruktur zwischen dem Substrat 7 und dem Deckel 8 dient, angeordnet. Die Membran ist luftdurchlässig und füllt einen für die Luftversorgung des Hohlraums belassenen Spalt 3.
  • Die Membran 5a besteht aus aufgeschäumtem Polytetrafluorethylen-Polymer (PTFE-Polymer). Zum Beispiel kann eine TEMISH®-Membran verwendet werden. Die Membran 5a umfasst mindestens 1 Million Mikroporen pro Quadratzentimeter. Daher ist Luftdurchlässigkeit gewährleistet. Aufgrund der kleinen Durchmesser zwischen 0,1 µm und 10 µm der Mikroporen hält die Membran 5a Staubpartikel und Flüssigkeiten zurück.
  • Die Membran 5a ist durch Verkleben mittels eines Klebstoffs 5b mit dem Substrat 7 und dem Deckel 8 fixiert. Hier wirkt der Deckel 8 als ein Blockelement 6 zum Blockieren eines vertikalen Gasstroms. Es ist nur ein lateraler Gasstrom (fettgedruckter Pfeil) durch den Spalt 3 möglich, der dadurch die Membran 5a zwischen dem Substrat 7 und dem Deckel 8 lateral, das heißt innerhalb der Ebene der Membran, passiert. Daher hat die Membran 5a zwei Funktionen.
  • Einerseits wirkt die Membran als eine Zwischenstruktur, die eine Art von Spalt 3 in der Ummantelung 2 belässt, der einen Luftstrom aus der Umgebung in den Hohlraum 9 gestattet.
  • Andererseits wirkt die Membran 5a als eine Dichtung, die Flüssigkeiten und Staub daran hindert, in das Gehäuse 1 einzutreten.
  • Ein MEMS-Die 4 ist in dem Hohlraum 9 untergebracht. Das MEMS-Die 4 kann als ein Sensor wirken. Der Sensor kann ein Gassensor, ein Drucksensor oder ein Feuchtigkeitssensor sein. Für genaue und empfindliche Messungen ist ein ausreichend großer Gasstrom aus der Umgebung in den Hohlraum 9 erforderlich.
  • Zur Bereitstellung eines elektrischen Kontaktmittels umfasst das MEMS-Die 4 eine Kontaktfläche mit Bond-Pads. Die Bond-Pads sind durch eine Drahtverbindung 10a mit dem Substrat 7 verbunden. Zum mechanischen Fixieren kann das Die durch ein Fixierglied, ein Klebstoffband oder eine Klebstoffschicht 10b an den Boden des Substrats 7 montiert werden.
  • Da die zu erfassende Luft oder das zu erfassende Gas von einer lateralen Seite in das Gehäuse 1 eintritt, kann der Spalt 3 als ein Seitenkanal bezeichnet werden.
  • Bei weiteren Ausführungsformen kann das Die 4 eine ASIC sein oder kann sowohl eine MEMS als auch eine ASIC umfassen.
  • 1B zeigt eine Draufsicht der ersten Ausführungsform des Gehäuses mit einem oben offenen Substrat 7. Die Membran 5a und der Deckel 8 sind der Übersicht halber in dieser Figur weggelassen. In diesem Beispiel werden vier Drahtverbindungen 10a verwendet, um das Die 4 mit dem Substrat 7 zu verbinden.
  • 2A zeigt in einer Querschnittsansicht eine zweite Ausführungsform des Gehäuses 1, das eine Ummantelung 2 mit zwei Teilen umfasst, von denen eines das Substrat 7 ist und das andere der Deckel 8 ist. Das Substrat 7 und der Deckel 8 können wie bei der ersten Ausführungsform gestaltet sein. Der Spalt 3 zwischen dem Substrat 7 und dem Deckel 8 wird durch die als eine Zwischenstruktur wirkende Membran 5a gebildet und gefüllt. Ferner dichtet die Membran 5a den Spalt 3 gegen Staub und Flüssigkeiten ab. Die Membran 5a ist durch einen Klebstoff 5b an dem Substrat 7 und dem Deckel 8 fixiert.
  • Da die Oberfläche der Membran 5a durch den als Blockelement 6 wirkenden Deckel 8 blockiert ist, ist wiederum kein vertikaler Gasstrom möglich. Es entsteht nur ein lateraler Gasstrom. Verbindungsglieder 12 wie Löthügel oder alternativ Klebstoffhügel sind in einem gleichmäßigen Abstand von ca. 100 µm zwischen jeweils zwei Hügeln auf dem oberen Rand des Substrats 7 aufgebracht. Diese Hügel 12 fixieren den Deckel 8 an dem Substrat 7, wodurch die Membran 5a zwischen dem Substrat 7 und dem Deckel 8 eingeklemmt wird. In diesem Fall muss kein Klebstoff verwendet werden, um die Membranfläche an den Deckel 8 zu fixieren. Durch Straffen der Membran 5a durch Einklemmen kann die Straffheit der Membran und somit die Abdichtung durch die Membran 5a verbessert werden. Die Membran 5a kann jedoch darüber hinaus durch einen Klebstoff fixiert werden.
  • Bei dieser Ausführungsform durchdringt das als Klebstoff oder Löthügel aufgebrachte Verbindungsglied 12 in gleichmäßigen Abständen die Membran 5a. Die Durchdringung erfolgt durch Schneiden von Aussparungen in die Membran 5a, die mit einem Klebstoff oder Lot gefüllt werden können. Die Aussparungen können mit einem Laser geschnitten werden.
  • Bei der zweiten Ausführungsform ist ein MEMS-Die 4 in dem durch die Ummantelung 2 gebildeten Hohlraum 9 untergebracht. Das Die 4 kann durch das Flipchip-Verfahren elektrisch kontaktiert werden. Dies bedeutet, dass die Kontaktfläche des Dies mit den Bond-Pads für eine elektrische Verbindung nach unten umgedreht wird. Somit ist die Kontaktfläche des Dies der unteren Fläche des Substrats 7 zugekehrt. Aus Lot oder einem leitenden Klebstoff hergestellte Fixierglieder 11 sind auf den Bond-Pads des Dies 4 ausgebildet und verbinden das Die elektrisch mit dem Substrat 7. Des Weiteren montieren die Fixierglieder 11 das Die 4 mechanisch auf der Oberfläche des Substrats.
  • Alternativ kann das Die 4 wie bei der ersten Ausführungsform durch einen Drahtverbindung 10a, wie in 2B gezeigt, elektrisch kontaktiert werden. In diesem Fall wird das Die 4 durch eine Klebstoffschicht 10b mechanisch an der Oberfläche des Substrats 7 fixiert. 2C zeigt eine Draufsicht der zweiten Ausführungsform gemäß der Darstellung in 2B. Das Substrat 7 ist oben offen. Das Die 4 und der Deckel 8 sind der Übersicht halber weggelassen. Es können vier Drahtverbindungen 10a verwendet werden, um das Die 4 elektrisch zu kontaktieren.
  • Bei der zweiten Ausführungsform kann das Die 4 als ein Sensor, insbesondere als ein Druck, Gas oder Feuchtigkeit messender Sensor, agieren.
  • 3 zeigt in einer Querschnittsansicht eine dritte Ausführungsform des Gehäuses 1 mit einem Spalt 3 in der Ummantelung 2 an ihrer lateralen Seite wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform. Bei der dritten Ausführungsform ist der Deckel 8 als ein Kasten ausgebildet und umfasst ein metallisches Material oder kann daraus bestehen. Der Deckel 8 bildet die Oberseite und die vier lateralen Seiten des Kastens und somit der Ummantelung.
  • Als ein zweiter Teil der Ummantelung 2 bildet ein Substrat den Boden der Ummantelung 2. Das Substrat kann aus einem Laminat bestehen. Das Substrat ist so geformt, dass es dahingehend mit der Öffnung des Deckels 8 zusammenpasst, dass zwischen dem Deckel 8 und dem Substrat 7 ein Hohlraum 9 eingeschlossen wird.
  • Zwischen dem unteren Rand des Deckels 8 und dem Substrat 7 ist der Spalt 3 belassen. Der Spalt 3 entsteht dadurch, dass die Membran 5a als eine Zwischenstruktur wirkt.
  • Trotz ihrer vertikalen Durchlässigkeit entsteht in der Membran 5a kein vertikaler Gasstrom, da ihre Unterseite durch das als ein Blockelement 6 wirkende Substrat 7 blockiert ist.
  • Ähnlich wie bei den letzten Ausführungsformen ist die Membran 5a durch einen Klebstoff 5b an dem Substrat 7 und dem Deckel 8 fixiert.
  • In dem Hohlraum 9 ist ein Die 4 untergebracht. Das Die entspricht dem Die der zweiten Ausführungsform. Um das Die 4 mit dem Substrat 7 mechanisch zu fixieren und elektrisch zu kontaktieren, werden Löthügel als Fixierglieder 11 zwischen den Bond-Pads auf der Die-Oberfläche und den Bond-Pads auf dem Substrat 7 positioniert.
  • Da die Membran 5a zwischen dem Substrat 7 und dem Die 4 positioniert ist, werden in der Membran 5a und dem Klebstoff 5b zwischen der Membran und dem Substrat Aussparungen ausgebildet. Die Aussparungen werden dahingehend positioniert und ausgebildet, die Fixierglieder 11 an den gewünschten Stellen aufzunehmen. Nach dem Ausbilden der Aussparungen wird Lot in die Aussparungen gefüllt. Somit werden die sich ergebenden Löthügel 11 zur elektrischen Verbindung des Substrats 7 und des Dies 4 dementsprechend positioniert. Des Weiteren wird das Die 4 durch die Löthügel 11 mechanisch fixiert.
  • Bei einem Verfahren werden die Aussparungen vor dem Anordnen der Membran auf dem Substrat 7 in der Membran 5a ausgebildet.
  • Das Die 4 kann als ein Sensor, insbesondere ein Druck-, Feuchtigkeits- oder Gassensor wirken. Statt Lot kann ein Klebstoff zum Fixieren und Kontaktieren der Glieder 11 und 12 verwendet werden.
  • 4 zeigt in einer Querschnittsansicht eine vierte Ausführungsform des Gehäuses 1. Die vierte Ausführungsform ähnelt der dritten Ausführungsform des Gehäuses 1. Das Gehäuse 1 umfasst eine Ummantelung 2, die einen Deckel 8 und ein Substrat 7 umfasst. Das Substrat 7 umfasst den Boden der Ummantelung 2. Der kastenförmige Deckel 8 umfasst die Oberseite und die vier lateralen Seiten der Ummantelung 2 und umfasst am Boden eine offene Seite. Zwischen dem Deckel 8 und dem Substrat 7 ist ein Hohlraum 9 ausgebildet
  • Der Hohlraum nimmt ein MEMS-Die 4 auf. Zwischen dem Substrat 7 und dem Deckel 8 wird ein Spalt 3 durch eine als eine Zwischenstruktur wirkende Membran 5a realisiert und durch einen Klebstoff 5b an das Substrat 7 und den Deckel 8 fixiert. Die Membran 5a dichtet das Gehäuse 1 gegen Wasser und Staub aus der Umgebung ab. Das Die 4 wird durch ein Klebstoffband 10b an die Membran 5a fixiert.
  • Im Gegensatz zu der dritten Ausführungsform wird das Die 4 durch einen das Die 4 mit dem Substrat 7 verbindenden Drahtverbindung 10a elektrisch kontaktiert. Daher durchdringt der Draht die Membran 5a und den Klebstoff 5b.
  • Da die Membran 5a zwischen dem Deckel 8 und dem Substrat 7 positioniert ist, wirkt sie auch als eine mechanische Entkopplungskomponente, die thermo-mechanische Spannung und Biegespannung in der Ummantelung 2 reduziert.
  • 5A zeigt in einer Querschnittsansicht eine fünfte Ausführungsform des Gehäuses 1. Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen umfasst die fünfte Ausführungsform des Gehäuses 1 einen Bodenkanal. Ein Bodenkanal bedeutet, dass ein Messmedium von der Unterseite in das Gehäuse 1 eintritt.
  • Das Gehäuse 1 umfasst eine Ummantelung 2, die einen kastenförmigen Deckel 8 und ein Substrat 7 umfasst. Der Deckel 8 umfasst eine Oberseite und vier laterale Seiten. Er weist unten eine offene Seite auf. Das Substrat 7 umfasst den Boden der Ummantelung 2 und stellt eine Öffnung 16 bereit, die in der Mitte des Substrats angeordnet sein kann. Die Öffnung 16 kann als ein Kreis geformt sein. Der Deckel 7 und das Substrat 8 sind durch Lot dicht aneinander fixiert. Alternativ kann der Deckel 7 durch ein leitendes Epoxidharz an dem Substrat 8 befestigt sein. Die dichte Befestigung des Deckels 7 auf dem Substrat 8 verbessert die HF-Immunität des Gehäuses 1.
  • Die Membran 5a bedeckt die Öffnung 16 in dem Substrat 7 von oben. Die Membran 5a ist durch einen den Rand der Öffnung 16 umgebenden Klebstoff 5b an dem Substrat 7 befestigt. Das Die 4, bei dem es sich um eine MEMS handelt, ist auf der oberen Fläche der Membran 5a angeordnet und wirkt als ein Blockelement zum Blockieren eines vertikalen Gasstroms von der Öffnung durch die Membran 5a in den zwischen dem Deckel und dem Substrat eingeschlossenen Hohlraum 9. Daher ist nur ein lateraler Gasstrom durch die Membran 5a möglich. Pfeile zeigen den Gasstrom, der durch die Öffnung 16 in die Membran 5a und lateral in der Membran 5a in den Hohlraum 9 strömt.
  • Das Die 4, dessen Kontaktfläche dem Substrat 7 zugekehrt ist, ist durch Löthügel als Fixierglieder 11 mit den jeweiligen Kontakten auf dem Substrat 7 elektrisch verbunden. Daher werden durch Laser Aussparungen in die Membran 5a und den Klebstoff 5b geschnitten und werden mit Lotmaterial gefüllt. Die Löthügel 11 verbinden die Bond-Pads auf der Kontaktfläche des umgedrehten Dies 4 elektrisch mit dem Substrat 7 und fixieren das Die 4 mechanisch.
  • Alternativ kann das Die 4 durch einen Drahtverbindung 10a, wie in 5B gezeigt ist, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform mit dem Substrat 7 elektrisch kontaktiert werden. In diesem Fall wird das Die 4 durch eine Klebstoffschicht 10b mechanisch an der Oberfläche der Membran 5a fixiert.
  • Das Substrat 7 wird auf einem Träger 13, wie zum Beispiel einer Leiterplatte (PCB), montiert. Der Träger 13 kann aus mehreren Komponenten bestehen, die durch Klebstoff befestigt sind. Das Substrat 7 wird durch eine Lötverbindung oder einen leitenden Klebstoff 14 auf dem Träger montiert. Zum Ermöglichen einer Gasversorgung umfasst der Träger 13 eine Öffnung 15, die unter der Öffnung 16 in dem Substrat 7 positioniert ist. Das Substrat 7 und der Träger 13 sind durch den leitenden Klebstoff oder die Lötverbindung 14, durch den bzw. die keine Gasversorgung möglich ist, dicht befestigt.
  • Das durch das als Sensor wirkende MEMS-Die 4 analysierte Gas tritt durch die Öffnung 15 in das Gehäuse 1 ein, strömt durch die Öffnung 16, durchdringt in einem lateralen Strom die Membran 5a und erreicht den Hohlraum 9. Der Träger 13 kann ein Teil einer elektronischen Vorrichtung wie zum Beispiel eines Mobiltelefons, einer Smartwatch oder einer Navigationsvorrichtung sein. Der beschriebene Ansatz mit dem Bodenkanal vereinfacht das Montieren und das Abdichten des den Träger enthaltenden Gehäuses.
  • Die fünfte Ausführungsform kann dahingehend konfiguriert sein, als ein Mikrofon zu wirken. Daher ist ein getrenntes Rückvolumen als ein Referenzvolumen für die Schalldetektion erforderlich. Daher ist zwischen dem Substrat 7 und dem Die 4 statt der Fixierglieder 11 ein durchgehender Lötring angeordnet. Der durchgehende Ring wirkt als eine das Rückvolumen in dem Hohlraum 9 von der Umgebung trennende Dichtung. Somit ist kein Gasstrom zwischen der Umgebung und dem Hohlraum 9 möglich.
  • Wenn das MEMS Die 4 als ein Mikrofon konfiguriert ist, umfasst es eine funktionale Öffnung, die mit dem Rückvolumen des Hohlraums 9 verbunden ist. Diese funktionale Öffnung ist mittig über der Öffnung 16 positioniert und durch eine Membran zur Schalldetektion bedeckt. Diese Membran ist als eine akustische Dichtung konfiguriert. Die umgebenden Schallwellen treten durch die Öffnung 16 in den Sensor ein. Die Wellen durchdringen die die Öffnung 16 bedeckende Membran 5a, um durch die abgedichtete akustische Membran detektiert zu werden. Es ist kein Gasstrom in den Hohlraum 9 möglich. Des Weiteren hält die Membran 5a unerwünschte Flüssigkeiten oder Staubpartikel zurück, bevor sie das Mikrofon erreichen.
  • Ferner kann das Mikrofon eine ASIC umfassen, die ein kleines Halbleiter-Die ist, das die Funktion der MEMS unterstützt und steuert.
  • Trotz der mehreren Ausführungsbeispiele ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Das Die kann jegliche Art von sensorischem Die sein. Der Schutzumfang der Erfindung soll nur durch den Wortlaut der Ansprüche eingeschränkt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gehäuse
    2
    Ummantelung
    3
    Spalt
    4
    Die
    5a
    Membran
    5b
    die Membran 5a fixierender Klebstoff
    6
    Blockelement
    7
    Substrat
    8
    Deckel
    9
    Hohlraum
    10a
    Drahtverbindung
    10b
    Klebstoffschicht
    11
    Fixierglied
    12
    Verbindungsglied
    13
    Träger
    14
    Verbindungsglied zwischen dem Substrat 7 und dem Träger 13
    15
    Öffnung im Träger 13
    16
    Öffnung im Substrat 7
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017115405 B3 [0003]
    • DE 102009019446 B4 [0004]

Claims (19)

  1. Gehäuse (1), umfassend: eine Ummantelung (2), die eine Öffnung aufweist und einen Hohlraum (9) umschließt, ein in dem Hohlraum (9) untergebrachtes Die (4), eine an der Ummantelung (2) befestigte Membran (5), die luftdurchlässig ist und die Öffnung bedeckt und abdichtet, wobei ein vertikaler Gasstrom durch die Membran (5) in den Hohlraum (9) blockiert ist, so dass nur ein lateraler Gasstrom in der Membran (5) möglich ist, wobei das Blockieren durch ein Blockelement (6) erfolgt, das eine Oberfläche der Membran (5), zumindest im Bereich der Öffnung, dicht bedeckt.
  2. Gehäuse (1) nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung (2) ein Substrat (7) und einen Deckel (8) umfasst, die zusammengefügt sind, um dadurch den Hohlraum (9) zu bilden.
  3. Gehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Öffnung zwischen dem Substrat (7) und dem Deckel (8) ausgebildet ist.
  4. Gehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Öffnung in dem Substrat (7) oder in dem Deckel (8) ausgebildet ist.
  5. Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Blockelement (6) das Die (4) ist.
  6. Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Blockelement (6) Teil der Ummantelung (2) ist.
  7. Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Membran (5) hydrophob ist.
  8. Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Membran (5) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht.
  9. Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Die (4) eine mikroelektromechanische Struktur (MEMS) oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) umfasst.
  10. Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Substrat ein keramisches Material oder ein Laminat umfasst.
  11. Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Deckel (8) aus Metall besteht.
  12. Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Deckel (8) und das Substrat (7) durch ein Verbindungsglied (12) verbunden sind und die Membran (5) fixieren, indem sie die Membran (5) zwischen sich einklemmen.
  13. Gehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei Bond-Pads auf der Oberfläche des Dies (4) durch ein Fixierglied (11) mit jeweiligen Kontakten auf dem Substrat (7) elektrisch und mechanisch verbunden sind.
  14. Gehäuse (1) nach Anspruch 13, wobei die Membran (5) zwischen dem Die (4) und dem Substrat (7) angeordnet ist und wobei die Membran (5) Aussparungen umfasst, die die Fixierglieder (11), die die Bond-Pads und das Substrat (7) verbinden, aufnehmen.
  15. Verfahren zum Montieren eines Gehäuses, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Bond-Pads umfassenden Dies (4), und eines Substrats (7) und eines Deckels (8), die beide Teil einer einen Hohlraum (9) umschließenden Ummantelung (2) sind, wobei der Deckel (8) eine offene Seite umfasst, - Anordnen einer Membran (5) auf einer Oberfläche des Substrats (7), - Anordnen des Dies (4) an der Ummantelung (2), - Befestigen des Substrats (7) mit befestigter Membran (5) und dem Deckel (8) derart, dass die Membran (5) die Öffnung bedeckt, wodurch die das Die (4) umschließende Ummantelung (2) verschlossen wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Die (4) an dem Substrat (7) angeordnet wird, umfassend die folgenden Schritte: - Ausbilden von Aussparungen in der an dem Substrat (7) angeordneten Membran (5), - Füllen der Aussparungen mit Fixiergliedern (11), die leitendes Material umfassen, - Anordnen des Dies (4) an den Fixiergliedern (11) derart, dass das Die (4) an dem Substrat (7) mechanisch fixiert und elektrisch damit verbunden wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Membran (5) die gesamte Oberfläche des Substrats (7) bedeckt und wobei das Substrat (7) und der Deckel (8) durch Verbindungsglieder (12) befestigt werden, umfassend die folgenden Schritte: - Ausbilden von Aussparungen für die Verbindungsglieder (12) in der Membran (5), - Füllen der Aussparungen zum Bilden der Verbindungsglieder (12), - Fixieren des Deckels (8) an den Verbindungsgliedern (12).
  18. Verfahren zum Montieren eines Gehäuses (1), umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Dies (4) umfassend Bond-Pads, und eines Substrats (7) und eines Deckels (8), die beide Teil einer einen Hohlraum (9) umschließenden Ummantelung (2) sind, wobei das Substrat (7) eine Öffnung umfasst, - Anordnen einer Membran (5) auf dem Substrat (7) derart, dass sie die Öffnung in dem Substrat (7) bedeckt, - Anordnen des Dies (4) an der Ummantelung, - Anordnen des Deckels (8) auf dem Substrat (7) zum Schließen der Ummantelung (2), wodurch das Die (4) eingeschlossen wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Die (4) an dem Substrat (7) angeordnet wird, umfassend die folgenden Schritte: - Ausbilden von Aussparungen in der an dem Substrat (7) angeordneten Membran (5), - Füllen der Aussparungen mit Fixiergliedern (11), die leitendes Material umfassen, - Anordnen des Dies (4) an den Fixiergliedern (11) derart, dass das Die (4) an dem Substrat (7) mechanisch fixiert und elektrisch damit verbunden wird.
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Wikipedia Artikel "Flip-Chip-Montage", vom 5. Oktober 2019

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