DE102020133985A1

DE102020133985A1 - Sensoranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102020133985A1
Application number: DE102020133985.2A
Authority: DE
Inventors: Abraham Kho; Guido Mauthe; Andi Permana
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2022-06-23
Also published as: WO2022128468A1; JP2023554353A; US20230104239A1; CN115885352A

Abstract

Es wird eine Sensoranordnung (1) beschrieben, umfassend- ein keramikbasiertes Substrat (2),- mindestens einen Sensorchip (3), der in horizontaler Position mittels eines Verbindungsmaterials (5) direkt mit dem Substrat (2) verbunden ist,- ein erstes Kontaktelement (8a) und ein zweites Kontaktelement (8b), die so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie als Außenelektroden (6) der Sensoranordnung (1) agieren, wobei das erste Kontaktelement (8a) einen Kontaktteil (11) umfasst, der dazu ausgebildet und angeordnet ist, den Sensorchip (3) mittels des Verbindungsmaterials (5) elektrisch zu kontaktieren, und- einen Isolierkörper (7), der den Sensorchip (3) und mindestens Teile der Kontaktelemente (8a, 8b) umhüllt, wobei das Substrat (2) im Wesentlichen frei von einem Material des Isolierkörpers (7) ist.Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, z. B. eine Sensoranordnung zur Messung einer Temperatur. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung, beispielsweise einer Sensoranordnung zur Messung einer Temperatur.
Die Temperaturoberflächensensitivität kann in einem NTC-(negativer Temperaturkoeffizient) Sensordesign aufgrund von Positionsbeschränkungen des Sensorelements, die zumeist in vertikaler Position auftreten, nicht optimal erhalten werden. Dies wird noch verschlimmert durch die Tatsache, dass, um die Anforderungen an die Hochspannungsfestigkeit und den Feuchtigkeitswiderstand zu erfüllen, eine intensive Einhausung erforderlich ist.
Darüber hinaus ist das Erreichen einer hohen Arbeitstemperatur von bis zu 200°C eine Herausforderung, da die verfügbare Materialauswahl sehr begrenzt ist. Keines der bekannten Sensordesigns kann alle beschriebenen Herausforderungen mit einem kleinen, kostendeckenden Design und einer für die Massenproduktion geeigneten Einhausungslösung lösen.
Das Dokument US 2018/122537 A beschreibt einen Temperatursensor, der ein Trägersubstrat, ein NTC-Element, ein Elektrodenpaar und Metallblöcke, die das NTC-Element elektrisch berühren und Außenelektroden auf der Oberfläche eines Isoliergehäuse bilden, umfasst.
Das Dokument WO 96/04536 A1 beschreibt einen Temperatursensor mit einem Gehäuse aus einem Isoliermaterial, einem wärmeleitenden Element, einem wärmeempfindlichen Sensorchip, der im Bereich des wärmeleitenden Elements angeordnet ist und/oder gegen dieses gedrückt wird, und mindestens zwei Verbindungselementen. Es ist mindestens ein elektrisch leitender Stift vorgesehen. Eines der Enden des elektrisch leitenden Stifts übt einen Druck aus, der gegen das wärmeleitende Element auf dem Sensorchip gerichtet ist, und sein anderes Ende ist an dem Ende eines der beiden Verbindungselemente in dem Gehäuse oder an den Enden separater fester Teile von Kontaktfedern gelagert.
Das Dokument US 2008/308886 A beschreibt einen Halbleitersensor, der einen Träger mit einer leitenden Struktur mit Kontaktstellen und Anschlüssen umfasst, wobei Leitungen aus einem Harz-Umhausung herausragen.
Das Dokument US 2017/352603 A beschreibt Sensorchip-Packages mit Keramikträgern, eine leitende Struktur mit Kontaktstellen und Anschlüssen, sowie eine Harz-Umhausung.
Das Dokument KR 2005/0112719 A beschreibt eine Anordnung eines Chip-Temperaturfühlers, der an gebogene Leiterrahmen gelötet ist.
Das Dokument US 2018/0306646 AA beschreibt eine Sensoranordnung mit einem Sensorchip mit mindestens einer Elektrode, und mindestens einem als Metallklammer geformten Kontaktierungselement. Das Kontaktierungselement ist für die drahtlose Kontaktierung des Sensorchips angeordnet und ausgelegt.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Offenbarung, die oben genannten Probleme zu lösen. Dieses Ziel wird durch die Sensoranordnung und das Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Sensoranordnung bereitgestellt. Die Sensoranordnung kann zur Messung einer Temperatur ausgebildet sein. Die Sensoranordnung kann eine Temperatursensoranordnung sein. Die Sensoranordnung kann dazu angepasst sein, bei hohen Temperaturen bis zu 200 °C zu arbeiten.
Die Sensoranordnung umfasst ein Substrat. Das Substrat kann keramikbasiert sein. Mit anderen Worten, das Substrat kann ein Keramikmaterial umfassen. Das Substrat kann ein Hochleistungs-Keramiksubstrat sein, das eine ausgezeichnete elektrische Isolierung und Feuchtigkeitswiderstand aufweist, und eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat. Das Substrat kann ferner dazu ausgebildet und angeordnet sein, die weiteren Komponenten der Sensoranordnung mechanisch zu stabilisieren und elektrisch zu isolieren.
Das Keramikmaterial kann beispielsweise Al₂O₃ umfassen. Al₂O₃ (Aluminiumoxid) Keramiken werden üblicherweise verwendet und weisen wohlbekannte Eigenschaften, d. h. hohe Wärmeleitfähigkeit, gute elektrische Isolierung, geringe Wärmeausdehnung, auf. Es sind jedoch auch alternative Materialien, sowohl Oxid- als auch Nichtoxidkeramiken, verfügbar. Silikatkeramiken, oder sogar ZTA (Zirkonoxidgehärtetes Aluminiumoxid), für eine höhere mechanische Festigkeit, sind Beispiele für Oxidkeramiken. Alternativ können Nichtoxidkeramiken, wie AIN- (Aluminiumoxidnitrid) oder Si₃N₄- (Siliziumnitrid) Keramiken, verwendet werden.
Die Sensoranordnung umfasst ferner mindestens einen Sensorchip. Der Sensorchip kann ein NTC-Sensorchip sein. Alternativ kann der Sensorchip ein PTC- (positiver Temperaturkoeffizient) Sensorchip sein. Die Sensoranordnung kann mehr als einen Sensorchip umfassen. Beispielsweise kann die Sensoranordnung eine Kombination von NTC- und PTC-Sensorchips umfassen.
Der Sensorchip, insbesondere eine Elektrode, die auf einer Oberfläche (zum Beispiel der Unterseite) des Sensorchips angeordnet ist, ist in horizontaler Position direkt mit dem Substrat verbunden. „Horizontal“ bedeutet, dass eine Oberfläche des Sensorchips, welche die größte Ausdehnung aufweist, mit dem Substrat verbunden ist. Dies erhöht die Oberflächensensitivität des Sensorchips. Obwohl der Sensorchip 3 direkt verbunden ist, ist er aufgrund der ausgezeichneten elektrischen Isolations- und Feuchtigkeitswiderstandseigenschaften des Keramiksubstrats dennoch vollständig isoliert.
Der Sensorchip ist mittels eines Verbindungsmaterials mit dem Substrat verbunden. Mit anderen Worten, der Sensorchip ist an das Substrat angebunden, insbesondere an eine metallisierte Kontaktstelle des Substrats. Das Verbindungsmaterial kann ein hochschmelzendes Lötmaterial mit Arbeitstemperaturen > 200 °C sein. Das Verbindungsmaterial kann bleihaltig oder bleifrei sein. Geeignete Materialien können beispielsweise Pb_97.5SnAg_1.5, SnAg_0.3Cu_0.7 oder Sn₉₀Sb₁₀ sein.
Die Sensoranordnung umfasst ferner ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement. Die Kontaktelemente umfassen beispielsweise Kupfer, Messing oder Phosphorbronze. Die Kontaktelemente sind dazu angepasst und angeordnet, als Außenelektroden der Sensoranordnung zu agieren. Dies bedeutet, dass die Kontaktelemente eine elektrische Verbindung der Sensoranordnung von einer Außenseite der Sensoranordnung her ermöglichen.
Die Kontaktelemente sind elektrisch und mechanisch mit dem Substrat, insbesondere mit metallisierten Kontaktstellen des Substrats, verbunden. Die Kontaktelemente sind mittels des zuvor erwähnten Verbindungsmaterials mit dem Substrat verbunden.
Das erste Kontaktelement umfasst ferner einen Kontaktteil. Das erste Kontaktelement und der Kontaktteil können einstückig ausgebildet sein. Der Kontaktteil ist dazu ausgebildet und angeordnet, den Sensorchip mittels des Verbindungsmaterials elektrisch zu kontaktieren. Mit anderen Worten, der Kontaktteil ist mittels des zuvor erwähnten Verbindungsmaterials an den Sensorchip angebunden, insbesondere an eine Elektrode, die auf einer Oberfläche (beispielsweise der Oberseite) des Sensorchips angeordnet ist.
Die Sensoranordnung umfasst ferner einen Isolierkörper. Der Isolierkörper ist dazu gestaltet, die Sensoranordnung elektrischen zu isolieren und die Sensoranordnung vor Umwelteinflüssen zu schützen. Der Isolierkörper umhüllt den Sensorchip vollständig. Der Isolierkörper umhüllt zumindest Teile der Kontaktelemente. Beispielsweise bedeckt der Isolierkörper den Kontaktteil vollständig. Das Substrat ist jedoch im Wesentlichen frei von einem Material des Isolierkörpers.
Aufgrund seiner speziellen Gestaltung und Zusammensetzung stellt die Sensoranordnung eine leistungsstarke Wärmekopplung für eine ausgezeichnete Oberflächensensitivität bereit. Mit anderen Worten, die Sensoranordnung ist ein Sensor mit schneller Reaktion. Darüber hinaus umfasst die Sensoranordnung eine Hochspannungsfestigkeit und ist dazu in der Lage, bei Temperaturen bis zu 200 °C zu arbeiten. Außerdem ist die Sensoranordnung kompakt und klein und für die Massenproduktion geeignet. Insgesamt wird eine sehr robuste, schnelle und kostengünstige Sensoranordnung bereitgestellt, die sehr flexibel in der Verwendung ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Material des Isolierkörpers dazu angepasst und angeordnet, einen elektrischen und Feuchtigkeitswiderstand der Sensoranordnung zu erhöhen. Das Isoliermaterial des Körpers umfasst ein duroplastisches Epoxidmaterial mit einem Glasübergang bei einer Temperatur nahe 200 °C.
Die Kombination zwischen dem Keramiksubstrat und dem Isoliermaterial erfüllt die Anforderungen bezüglich Hochspannungsfestigkeit, Feuchtigkeitswiderstand, und einer hohen Arbeitstemperatur (bis zu 200 °C). Darüber hinaus bietet es ein spezielles Design für eine kompakte und kleine Sensoranordnung. Mit der speziellen Materialauswahl und einem bekannten Produktionsverfahren ist die Sensoranordnung außerdem sehr kostengünstig. Die Materialien sind so ausgewählt, dass sie ein umweltfreundliches Produkt realisieren, das den Anforderungen von ROHS, Bleifreiheit und Halogenfreiheit entspricht.
Das Material des Isolierkörpers ist direkt auf einer Oberseite des Substrats angeordnet. Insbesondere bedeckt das Material des Isolierkörpers mindestens Teile der Oberfläche des Substrats, mit der der Sensorchip und die Kontaktelemente verbunden sind, d. h., die Oberseite des Substrats.
Die Verbindung zwischen dem Sensorchip und dem Substrat sowie die Verbindung zwischen den Kontaktelementen und dem Substrat ist durch das Material des Isolierkörpers eingehaust. Die Seitenflächen und eine Unterseite des Substrats sind frei von dem Material des Isolierkörpers. Dieser freie Bereich des Substrats fungiert als Erfassungsbereich der Sensoranordnung. Darüber hinaus kann auch ein umlaufender Randbereich der Oberseite des Substrats frei von dem Material des Isolierkörpers sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das jeweilige Kontaktelement U-förmig. Insbesondere umfasst das Kontaktelement einen U-förmigen Klammer- oder Federteil. Mit anderen Worten, das jeweilige Kontaktelement kann zwei Schenkel umfassen, die durch einen Steg oder eine Brücke verbunden sind. Die Schenkel und der Steg sind einstückig geformt. Dies bedeutet, dass ein erster Schenkel in den Steg, und der Steg in einen zweiten Schenkel des jeweiligen Kontaktelements übergeht. Mit anderen Worten, die Schenkel und der Steg können aus einem Stück bestehen.
Die spezielle Form der Kontaktelemente stellt eine gute Lötfähigkeit, eine geringere Massendichte, und eine geringere mechanische Belastung des Sensorchips während des Verbindungsprozesses bereit.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das jeweilige Kontaktelement einen ersten Kontaktbereich. Die ersten Kontaktbereiche können durch einen der beiden Schenkel des jeweiligen U-förmigen Federteils gebildet/bereitgestellt sein. Der erste Kontaktbereich ist frei von einem Isoliermaterial des Körpers. Mit anderen Worten, die ersten Kontaktbereiche ragen aus dem Isoliermaterial des Körpers heraus. Die ersten Kontaktbereiche fungieren als Außenelektroden der Sensoranordnung. Auf diese Weise wird eine effektive Weiterprozessierung der Sensoranordnung ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das jeweilige Kontaktelement einen zweiten Kontaktbereich. Die zweiten Kontaktbereiche werden durch den anderen der beiden Schenkel des jeweiligen U-förmigen Federteils gebildet. Der zweite Kontaktbereich ist vollständig von einem Isoliermaterial des Körpers umgeben. Mit anderen Worten, er ist innerhalb des Isolierkörpers der Sensoranordnung angeordnet.
Die zweiten Kontaktbereiche sind mit metallisierten Kontaktstellen des Substrats verbunden, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktelementen und dem Substrat herzustellen. Auf diese Weise wird eine effektive elektrische Verbindung zwischen dem Substrat und den Kontaktelementen ermöglicht. Außerdem akkumuliert die spezielle Form der Kontaktelemente weniger Wärme im Vergleich zu beispielsweise einem Metallblock. Aufgrund der schnellen Dissipation führt dies zu einem genaueren Messergebnis.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Kontaktteil so gestaltet, dass er die mechanische Belastung zwischen dem ersten Kontaktelement und dem Sensorchip verringert. Der Kontaktteil kann eine flache Form oder eine gebogene Form aufweisen. Der Kontaktteil kann eine zusätzliche Feder umfassen, die an einem freien Ende des zweiten Kontaktbereichs des ersten Kontaktelements angeordnet ist. Der Kontaktteil ist in einem Isoliermaterial des Körpers angeordnet. Die spezielle Form des Kontaktteils ermöglicht die Verwendung des Sensorchips als Sensorelement ohne Drahtverbindungen, um eine robustere Verbindung und eine sehr wirtschaftliche Lösung zu ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung beschrieben. Die Sensoranordnung kann die zuvor beschriebene Sensoranordnung sein. Alle im Zusammenhang mit der Sensoranordnung beschriebenen Merkmale gelten auch für das Verfahren, und umgekehrt.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

A) Bereitstellen eines keramikbasierten Substrats und Anordnen einer Vielzahl von metallisierten Kontaktstellen auf einer Oberfläche, insbesondere einer Oberseite, des Substrats. Das Substrat kann ein Hochleistungs-Keramiksubstrat mit ausgezeichneter elektrischer Isolation und ausgezeichnetem Feuchtigkeitswiderstand und hoher Wärmeleitfähigkeit sein. Das Substrat kann eine Al₂O₃, ZTA, Silikat, AlN oder Si₃N₄ Keramik umfassen.
B) Bereitstellen eines Verbindungsmaterials. Das Verbindungsmaterial kann eine Lötpaste umfassen. Das Verbindungsmaterial kann ein hochschmelzendes Lötmaterial mit Arbeitstemperaturen > 200 °C sein. Das Verbindungsmaterial kann bleihaltig oder bleifrei sein. Ein Beispiel für ein hochschmelzendes aber bleihaltiges Lötmaterial kann Pb_97.5SnAg_1.5 sein. Alternativ können SnAg0.3Cu0.7 oder Sn90Sb10 Optionen für bleifreie und Hochtemperatur-Lötmaterialien für Anwendungen über 200 °C sein.

Das Verbindungsmaterial kann punktförmig aufgebracht werden. Insbesondere kann ein entsprechender Punkt des Verbindungsmaterials auf einen Teil der metallisierten Kontaktstelle aufgebracht werden. Das Verbindungsmaterial kann auf die metallisierten Kontaktstellen gespendet oder im Siebdruckverfahren aufgedruckt werden.
C) Bereitstellen einer Vielzahl von Sensorchips. Der jeweilige Sensorchip kann Elektroden umfassen, die auf einer Oberseite und einer Unterseite des Sensorchips angeordnet sind (obere Elektroden und untere Elektroden). Die Sensorchips können NTC- und/oder PTC-Sensorchips umfassen.
Die Sensorchips können auf dem Substrat, und, insbesondere, auf dem Verbindungsmaterial, das auf die metallisierten Kontaktstellen des Substrats aufgebracht ist, platziert werden. Insbesondere wird eine Spitze des jeweiligen Sensorchips auf dem punktförmige Verbindungsmaterial platziert. Die Sensorchips werden so platziert, dass der jeweilige Sensorchip in einer horizontalen Position auf dem Substrat angeordnet ist.
D) Reflow-Löten, um eine der Elektroden (d. h. die untere Elektrode) des jeweiligen Sensorchips elektrisch mit dem Substrat zu verbinden, so dass der jeweilige Sensorchip in horizontaler Position auf dem Substrat angeordnet ist.
E) Erneutes Bereitstellen des Verbindungsmaterials. Das Verbindungsmaterial kann das gleiche Verbindungsmaterial sein wie in Schritt B).
Das Verbindungsmaterial kann punktförmig aufgebracht werden. Insbesondere kann ein entsprechender Punkt des Verbindungsmaterials auf die obere Elektrode des jeweiligen Sensorchips aufgebracht werden. Weitere Punkte des Verbindungsmaterials können zumindest auf Teile der metallisierten Kontaktstellen aufgebracht werden. Insbesondere können zwei Punkte des Verbindungsmaterials auf zwei der metallisierten Kontaktstellen aufgebracht werden, um eine finale Sensoranordnung zu erreichen. Das Verbindungsmaterial kann auf die metallisierten Kontaktstellen und die Sensorchips gespendet oder im Siebdruckverfahren aufgedruckt werden.
F) Bereitstellen einer Vielzahl von ersten und zweiten Kontaktelementen. Das jeweilige Kontaktelement umfasst einen ersten Kontaktbereich und einen zweiten Kontaktbereich. Der erste Kontaktbereich ist dazu geeignet, als Außenelektrode der Sensoranordnung zu agieren. Der zweite Kontaktbereich ist dazu geeignet, das Substrat elektrisch mit dem jeweiligen Kontaktelement zu verbinden. Das jeweilige erste Kontaktelement umfasst einen Kontaktteil. Der Kontaktteil ist dazu ausgebildet und angeordnet, eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensorchip und dem ersten Kontaktelement herzustellen.
Die Kontaktelemente werden so auf dem Substrat platziert, dass ein jeweiliger zweiter Kontaktbereich auf einem jeweiligen Punkt des auf den metallisierten Kontaktstellen angeordneten Verbindungsmaterials angeordnet ist. Darüber hinaus werden die Kontaktelemente so platziert, dass der jeweilige Kontaktteil auf dem punktförmigen Verbindungsmaterial angeordnet ist, das auf der oberen Elektrode des Sensorchips angeordnet ist.
G) Reflow-Löten, um die zweiten Kontaktbereiche mit den metallisierten Kontaktstellen, und die Kontaktteile mit der anderen der Elektroden (d. h. den oberen Elektroden) des Sensorchips elektrisch zu verbinden.
H) Einhausen. Dieser Schritt weist ein Bereitstellen eines Isoliermaterials und ein Formen eines Isolierkörpers aus dem Isoliermaterial auf. Das Isoliermaterial wird so geformt, dass es nur Teile der Oberfläche des Substrats bedeckt, mit der der Sensorchip und die zweiten Kontaktbereiche verbunden sind. d. h. die Oberseite des Substrats.
Das Isoliermaterial wird so angeordnet, dass es die Verbindung zwischen den Kontaktelementen und dem Substrat und die Verbindung zwischen den Sensorchips und dem Substrat vollständig einhaust. Das Isoliermaterial wird ferner so angeordnet, dass es den Sensorchip, die zweiten Kontaktbereiche und die Kontaktteile vollständig bedeckt. Die ersten Kontaktbereiche sowie die Seitenflächen und die Unterseite des Substrats bleiben frei von Isoliermaterial. Darüber hinaus können auch Teile der Oberseite des Substrats (z. B. ein umlaufender Randbereich) frei von dem Isoliermaterial bleiben.
Das Isoliermaterial umfasst ein duroplastisches Epoxidmaterial mit einem Glasübergang bei einer Temperatur nahe 200 °C.
I) Vereinzeln. Dieser Schritt weist ein Schneiden des Substrats in einzelne Komponenten, um mehrere Sensoranordnungen bereitzustellen, auf.
Mit dem beschriebenen Verfahren wird ein schnelles und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Sensoranordnungen mit einer hohen Oberflächensensitivität, einer geringen Größe, einer hohen Spannungsfestigkeit, einem Feuchtigkeitswiderstand und einer hohen Arbeitstemperatur von bis zu 200 °C bereitgestellt. Die Sensoranordnung mit zwei robusten Elektroden (Kontaktelementen) ermöglicht eine einfache Prozessierung und sorgt für eine optimale Systemintegration.
Weitere Merkmale, Verfeinerungen und Zwecke werden aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.

1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Sensoranordnung nach einer ersten Ausführungsform,
2 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Sensoranordnung nach einer zweiten Ausführungsform,
3 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Sensoranordnung nach einer weiteren Ausführungsform,
4 zeigt schematisch eine Draufsicht eines Packages mit mehreren Sensoranordnungen,
5 zeigt schematisch eine Draufsicht eines Packages mit mehreren Sensoranordnungen nach einer weiteren Ausführungsform.

In den Figuren können Elemente mit der gleichen Struktur und/oder Funktionalität durch dieselben Bezugszeichen referenziert werden. Es versteht sich, dass die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen veranschaulichende Darstellungen sind und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind.
1 zeigt eine Sensoranordnung 1 zur Temperaturmessung gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Sensoranordnung 1 ist dazu ausgebildet, eine hohe Oberflächensensitivität, eine hohe Spannungsfestigkeit, und Arbeitstemperaturen bis zu 200 °C bereitzustellen. Die Sensoranordnung ist klein und kompakt aufgebaut.
Die Sensoranordnung 1 umfasst ein keramikbasiertes Substrat 2. Das Keramikmaterial des Substrats 2 umfasst beispielsweise Al₂O₃, ZTA, ein Silikat, AlN oder Si₃N₄. Das Substrat 2 ist elektrisch isolierend und weist einen hohen Feuchtigkeitswiderstand auf.
Das Substrat 2 umfasst eine Oberseite 2a, eine Unterseite 2c, und Seitenflächen 2b. Das Substrat 2 umfasst metallisierte Kontaktstellen 4, die eine elektrische Verbindung des Substrats 2 ermöglichen. Die metallisierten Kontaktstellen 4 sind direkt auf der Oberseite 2a des Substrats 2 angeordnet.
Die Sensoranordnung 1 umfasst ferner einen Sensorchip 3. In dieser Ausführungsform ist der Sensorchip 3 ein NTC-Temperatursensorchip. In alternativen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung 1 jedoch auch einen PTC-Sensor oder eine Kombination von NTC- und PTC-Sensoren umfassen.
Der Sensorchip 3 umfasst eine Elektrode 3a, die auf einer Oberseite des Sensorchips 3 (obere Elektrode) angeordnet ist, und eine Elektrode 3a, die auf einer Unterseite des Sensorchips 3 (untere Elektrode) angeordnet ist.
Der Sensorchip 3, und insbesondere die untere Elektrode 3a, sind in horizontaler Position direkt mit einer metallisierten Kontaktstelle 4 des Substrats 2 verbunden, um eine gute Oberflächensensitivität zu erreichen. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck „horizontale Position“, dass die Unterseite des Sensorchips 3 - welche mit dem Substrat 2 verbunden ist - eine größere Ausdehnung aufweist als die Seitenflächen des Sensorchips 3, die sich senkrecht zu der Oberseite 2a des Substrats 2 erstrecken.
Der Sensorchip 3 ist mittels eines Verbindungsmaterials 5 mit dem Substrat 2 verbunden. Das Verbindungsmaterial 5 ist ein hochschmelzendes Lötmaterial mit Arbeitstemperaturen > 200 °C. Beispielsweise umfasst das Verbindungsmaterial 5 ein hochschmelzendes, jedoch bleihaltiges, Lötmaterial, wie Pb_97.5SnAg_1.5. Alternativ umfasst das Verbindungsmaterial 5 beispielsweise bleifreies SnAg_0.3Cu_0.7 oder Sn₉₀Sb₁₀.
Die Sensoranordnung 1 umfasst ferner ein erstes Kontaktelement 8a und ein zweites Kontaktelement 8b. Die Kontaktelemente 8a, 8b sind U-förmig. Insbesondere umfassen sie zwei Schenkel, die mittels eines Stegs oder eines Mittelstücks 9 verbunden sind. Die Schenkel und der Steg 9 sind einstückig gebildet, d. h., sie bestehen aus einem Stück.
Die Kontaktelemente 8a, 8b sind zumindest bis zu einem gewissen Grad elastisch verformbar. Dies trägt dazu bei, mechanische Beanspruchungen zu verringern, die entstehen, wenn die Komponenten der Sensoranordnung 1 miteinander verbunden sind. Die Kontaktelemente 8a, 8b sind U-förmige Federteile. Diese umfassen Metall. Geeignete Materialien für die Kontaktelemente 8a, 8b können Kupfer, Messing oder Phosphorbronze sein.
Die Kontaktelemente 8a, 8b umfassen jeweils einen ersten Kontaktbereich 12 und einen zweiten Kontaktbereich 13. In dieser Ausführungsform sind der erste und der zweite Kontaktbereich 12, 13 einander gegenüberliegend angeordnet. Der erste Kontaktbereich 12 befindet sich in einer oberen Region der Sensoranordnung 1. Der zweite Kontaktbereich 13 ist in einer unteren Region der Sensoranordnung 1 angeordnet. Der erste Kontaktbereich 12 wird durch einen der beiden Schenkel (insbesondere dem oberen Schenkel) des jeweiligen U-förmigen Federteils bereitgestellt. Die zweite Kontaktbereich 13 wird durch den anderen der beiden Schenkel (insbesondere dem unteren Schenkel) des jeweiligen U-förmigen Federteils bereitgestellt.
Die ersten Kontaktbereiche 12 ragen aus einem Isolierkörper 7 der Sensoranordnung 1 heraus. Der Isolierkörper 7 wird später ausführlich beschrieben. Wie aus 1 entnommen werden kann, ragen die Kontaktbereiche 12 jedoch nicht aus einer Oberseite des Isolierkörpers 7 / der Sensoranordnung 1 heraus. Vielmehr ist die Oberseite des Isolierkörpers 7 / der Sensoranordnung 1 flach. Die Kontaktbereiche 12 sind in die Oberseite integriert und bilden einen Teil der Oberseite des Isolierkörpers 7 / Sensoranordnung 1.
Wie bereits erwähnt, sind in dieser Ausführungsform die ersten Kontaktbereiche 12 auf der Oberseite der Sensoranordnung 1 gebildet. Mit anderen Worten, die ersten Kontaktbereiche 12 sind von einer Oberseite der Sensoranordnung 1 aus zugänglich, um eine weitere Prozessierung zu ermöglichen. Die ersten Kontaktbereiche 12 agieren als Außenelektroden 6 der Sensoranordnung 1. Ein freies Ende 14 des oberen Schenkels des jeweiligen Kontaktelements 8a, 8b ist in Bezug auf die ersten Kontaktflächen 12 gebogen. Insbesondere ist das freie Ende 14 in Richtung des Substrats 2 gebogen. Dies kann dazu beitragen, die mechanische Beanspruchung weiter zu verringern.
Die zweiten Kontaktbereiche 13 sind mittels des zuvor beschriebenen Verbindungsmaterials 5 mit den metallisierten Kontaktstellen 4 verbunden.
Das erste Kontaktelement 8a umfasst ferner einen Kontaktteil 11, der mittels des zuvor erwähnten Verbindungsmaterials 5 mit der oberen Elektrode 3a des Sensorchips 3 verbunden ist.
Der Kontaktteil 11 ist Teil des ersten Kontaktelements 8a. Insbesondere ist er einstückig mit dem ersten Kontaktelement 8a gebildet. Der Kontaktteil 11 wird durch ein freies Ende der zweiten Kontaktbereichs 13 des ersten Kontaktelements 8a gebildet. In einer Zwischenregion 15 geht der zweite Kontaktbereich 13 in den Kontaktteil 11 über. Die Zwischenregion 15 ist gebogen.
Der Kontaktteil 11 ist so gestaltet, dass er die mechanische Belastung zwischen dem ersten Kontaktelement 8a und dem Sensorchip 3 verringert. Der Kontaktteil 11 umfasst eine zusätzliche Feder, die an dem freien Ende des zweiten Kontaktbereichs 13 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform hat der Kontaktteil 11 eine flache Form. Der Kontaktteil 11 liegt vollständig auf der oberen Elektrode 3a des Sensorchips 3 auf.
Die Sensoranordnung 1 umfasst ferner den oben erwähnten Isolierkörper 7. Der Isolierkörper 7 erhöht den elektrischen und den Feuchtigkeitswiderstand der Sensoranordnung 1. Er umfasst ein duroplastisches Epoxidmaterial mit einem Glasübergang bei einer Temperatur nahe 200 °C.
Das Material des Isolierkörpers 7 (Isoliermaterial) bedeckt den Sensorchip 3, den Kontaktteil 11 und die zweiten Kontaktbereiche 13 vollständig. Auch das freie Ende 14 der ersten Kontaktbereiche 12 ist vollständig innerhalb des Isolierkörpers 7 angeordnet.
Jedoch sind die ersten Kontaktbereiche 12, insbesondere eine obere Stirnseite der ersten Kontaktbereiche 12, frei von einem Isoliermaterial des Körpers 7. Mit anderen Worten, sie ragen aus dem Körper 7 heraus, und agieren somit als Außenelektroden 6 der Sensoranordnung 1.
Darüber hinaus bedeckt der Isolierkörper 7 nur Teile des Substrats 2. Das Material des Körpers 7 ist zumindest teilweise auf der Oberseite 2a des Substrats 2 angeordnet. Insbesondere bedeckt das Isoliermaterial Teile derjenigen Oberfläche des Substrats 2, mit der der Sensorchip 3 und die Kontaktelemente 8a, 8b verbunden sind. Dementsprechend sind die Verbindungen zwischen den Kontaktelementen 8a, 8b und dem Substrat 2 und die Verbindungen zwischen dem Sensorchip 3 und dem Substrat 2 vollständig durch das Material des Isolierkörpers 7 eingehaust.
Wie aus 1 zu entnehmen ist, ragt das Material des Isolierkörpers 7 jedoch nicht über die Oberseite 2a des Substrats 2 hinaus. Die Seitenflächen 2b und die Unterseite 2c des Substrats 2 sind frei von dem Material des Isolierkörpers 7. Dieser Teil, der frei von dem Isoliermaterial ist, fungiert als Erfassungsbereich der Sensoranordnung 1.
Das oben beschriebene Design und die Materialien der Sensoranordnung 1 führen zu einer hohen Oberflächensensitivität, einer hohen Spannungsfestigkeit, einem hohen Feuchtigkeitswiderstand und einer hohen Arbeitstemperatur (bis zu 200 °C) der Sensoranordnung 1.
2 zeigt eine Sensoranordnung 1 zur Temperaturmessung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Sensoranordnung 1 umfasst die gleichen Komponenten wie die oben beschriebene Sensoranordnung 1, d. h. das Substrat 2, den Sensorchip 3, die Kontaktelemente 8a, 8b mit den ersten und zweiten Kontaktbereichen 12, 13, und den Isolierkörper 7. In Bezug auf diese Komponenten wird auf die Beschreibung der 1 verwiesen.
Im Gegensatz zu der in Verbindung mit 1 beschriebenen Sensoranordnung ist der Kontaktteil 11 des ersten Kontaktelements 8a nicht flach, sondern hat eine gebogene Form. Somit liegt der Kontaktteil 11 nicht vollständig, d. h. über seine gesamte Ausdehnung, auf der oberen Elektrode 3a des Sensorchips 3 auf. Vielmehr ist er nur in einem kleinen Bereich, insbesondere einem mittleren Bereich 16, mit der oberen Elektrode 3 verbunden. Seitenbereiche 17, die den mittleren Bereich 16 des Kontaktteils 11 umgeben, sind nach oben in Richtung zu der Oberseite der Sensoranordnung 1 hin gebogen.
Dieses Design trägt dazu bei, die mechanische Beanspruchung zwischen dem Sensorchip 3 und dem ersten Kontaktelement 8a weiter zu verringern. Darüber hinaus können Variationen in der Dicke des Sensorchips 3 durch die bogenförmige Form des Kontaktteils 11 besser kompensiert werden.
3 zeigt eine Sensoranordnung 1 zur Temperaturmessung gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Sensoranordnung 1 umfasst die gleichen Komponenten wie die oben beschriebene Sensoranordnung 1, d. h. das Substrat 2, den Sensorchip 3, die Kontaktelemente 8a, 8b mit ersten und zweiten Kontaktbereichen 12, 13, den Isolierkörper 7 und den Kontaktteil 11. In Bezug auf diese Komponenten wird auf die Beschreibung zu 1 verwiesen.
Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die ersten Kontaktbereiche 12 nicht auf der Oberseite des Isolierkörpers 7 / der Sensoranordnung 1 gebildet. In dieser Ausführungsform sind die ersten Kontaktbereiche 12 an Seitenflächen des Körpers 7 / der Sensoranordnung 1 ausgebildet. Dementsprechend sind die ersten Kontaktflächen 12, die als Außenelektroden 6 agieren, von den Seitenflächen der Sensoranordnung 1 her zugänglich, um eine weitere Prozessierung zu ermöglichen.
Darüber hinaus ist in dieser Ausführungsform das freie Ende 14 des oberen Schenkels des jeweiligen Kontaktelements 8a, 8b nicht relativ zu den ersten Kontaktflächen 12 gebogen. Vielmehr erstreckt sich das freie Ende entlang der Seitenfläche des Körpers 7 und ist von außerhalb des Körpers 7 zugänglich.
Wie bereits in Verbindung mit 1 beschrieben, stehen die Kontaktbereiche 12 nicht von der Seitenfläche vor, sondern sind in die Seitenfläche integriert und bilden einen Teil der Seitenfläche.
Die 4 und 5 zeigen schematisch eine Draufsicht auf Multichipanordnungen 10. Die Multichipanordnungen 10 umfassen eine Vielzahl von Sensorchips 3, z. B. zwei Sensorchips 3 (siehe 4) oder drei Sensorchips 3 (siehe 5). Natürlich kann eine Multichipanordnung 10 mehr als drei Sensorchips 3, z. B. fünf oder zehn Sensorchips 3, umfassen.
Die Multichipanordnungen 10 können mittels Außenelektroden 6 elektrisch verbunden sein, die durch die ersten Kontaktbereiche 12 der Kontaktelemente 8a, 8b, wie oben beschrieben, gebildet werden. Die Kontaktelemente 8a, 8b und die Sensorchips 3 sind mit dem Substrat 2 (nicht explizit gezeigt, siehe die 1 bis 3) verbunden und in den Isolierkörper 7 eingebettet.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung 1 und/oder einer Multichipanordnung 10 beschrieben. Insbesondere wird mittels des Verfahrens die zuvor beschriebene Sensoranordnung 1 / die Multichipanordnung 10 hergestellt.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

A) In einem ersten Schritt wird ein keramikbasiertes Substrat 2 bereitgestellt. Das Substrat 2 ist ein Hochleistungs-Keramiksubstrat, das eine ausgezeichnete elektrische Isolation, einen ausgezeichneten Feuchtigkeitswiderstand und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Das Substrat 2 umfasst eine Al₂O₃, ZTA, Silikat, AlN oder Si₃N₄ Keramik. Danach werden mehrere metallisierte Kontaktstellen 4 auf dem Substrat 2 angeordnet. Die metallisierten Kontaktstellen 4 werden auf einer Oberseite 2a des Substrats 2 angeordnet.
B) In einem zweiten Schritt wird ein Verbindungsmaterial 5 bereitgestellt. Das Verbindungsmaterial 5 ist ein hochschmelzendes Lötmaterial mit Arbeitstemperaturen > 200 °C.

Das Verbindungsmaterial 5 kann beispielsweise Pb_97.5SnAg_1.5, SnAg_0.3Cu_0.7 oder Sn₉₀Sb₁₀ umfassen.
Ein jeweiliger Punkt des Verbindungsmaterials 5 wird auf eine Teilmenge der metallisierten Kontaktstelle 4 aufgebracht. Insbesondere wird ein spezifischer Punkt des Verbindungsmaterials 5 auf eine metallisierte Kontaktstelle 4 aufgebracht, um die elektrische Verbindung eines der Sensorchips 3 zu ermöglichen. Das Verbindungsmaterial 5 wird auf die Teilmenge der metallisierten Kontaktstellen 4 gespendet oder im Siebdruckverfahren aufgedruckt.
C) In einem weiteren Schritt wird deine Vielzahl von Sensorchips 3 bereitgestellt. Die Sensorchips 3 können NTC- oder PTC-Chips, oder eine Kombination davon, sein. Eine Kombination aus NTC- und PTC-Chips wird für Anwendungen verwendet, bei denen die Temperaturmessung mit einer Sicherheitsfunktionsanforderung ausgestattet ist. Der jeweilige Sensorchip 3 umfasst Elektroden 3a, die auf einer Oberseite und einer Unterseite des Sensorchips 3 angeordnet sind.
Die Sensorchips 3 werden auf dem Substrat 2, und, insbesondere, auf dem punktförmigen Verbindungsmaterial 5 platziert. Die Sensorchips 3 werden so platziert, dass der jeweilige Sensorchip 3 in einer horizontalen Position auf dem Substrat 2 angeordnet ist.
D) In einem nächsten Schritt erfolgt ein Reflow-Löten. Auf diese Weise wird die untere Elektrode 3a des jeweiligen Sensorchips 3 elektrisch mit dem Substrat 2 verbunden. Die unteren Elektroden 3a werden mittels des Verbindungsmaterials 5 derart mit einer metallisierten Kontaktstelle 4 verbunden, dass der jeweilige Sensorchip 3 in einer horizontalen Position auf dem Substrat 2 angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Oberflächensensitivität der Sensoranordnung 1/ der Multichipanordnung 10 erhöht.
E) In einem nächsten Schritt wird erneut das Verbindungsmaterial 5 bereitgestellt, z. B. gespendet oder im Siebdruckverfahren aufgedruckt. Das Verbindungsmaterial 5 wird punktförmig auf die obere Elektrode 3a des jeweiligen Sensorchips 3 aufgebracht.
Weitere Punkte des Verbindungsmaterials 5 werden auf die metallisierten Kontaktstellen 4 der verbleibenden Menge von metallisierten Kontaktstellen 4 aufgebracht. Insbesondere werden zwei Punkte des Verbindungsmaterials 5 auf zwei der metallisierten Kontaktstellen 4 aufgebracht, um eine finale Sensoranordnung 1 zu erreichen. Dementsprechend werden in diesem Verfahrensschritt insgesamt drei Punkte des Verbindungsmaterials 5 aufgebracht, um eine finale Sensoranordnung 1 zu erhalten.
F) In einem weiteren Schritt wird eine Vielzahl von ersten und zweiten Kontaktelementen 8a, 8b bereitgestellt. Dadurch wird für einen Sensorchip 3 ein Paar von Kontaktelementen 8a, b bereitgestellt. Das jeweilige Kontaktelement 8a, 8b umfasst einen ersten Kontaktbereich 12 und einen zweiten Kontaktbereich 13.
Die erste Kontaktbereich 12 agiert als Außenelektrode 6 der Sensoranordnung 1 / der Multichipanordnung 10 und ist somit von einer Außenseite der Sensoranordnung 1 / der Multichipanordnung 10 her zugänglich.
Der zweite Kontaktbereich 13 wird dazu verwendet, um das Substrat 2 elektrisch mit dem jeweiligen Kontaktelement 8a, 8b zu verbinden. Das jeweilige erste Kontaktelement 8a umfasst einen Kontaktteil 11, mit dem der Sensorchip 3 und das erste Kontaktelement 8a elektrisch verbunden werden.
Ein jeweiliges Kontaktelement 8a, 8b wird auf einem Punkt des Verbindungsmaterials 5 platziert, das auf den metallisierten Kontaktstellen 4 angeordnet ist. Darüber hinaus werden die Kontaktelemente 8a, 8b so platziert, dass der jeweilige Kontaktteil 11 auf dem punktförmigen Verbindungsmaterial 5 angeordnet wird, das auf der oberen Elektrode 3a des Sensorchips 3 angeordnet ist. Mit anderen Worten, es werden drei Punkte des Verbindungsmaterials 5 benötigt, um ein Paar Kontaktelemente 8a, 8b elektrisch mit dem Substrat 2 zu verbinden und ferner das erste Kontaktelement 8a (insbesondere den Kontaktteil 11) elektrisch mit dem Sensorchip 3 zu verbinden.
G) In einem nächsten Schritt erfolgt ein Reflow-Löten, um die Kontaktelemente 8a, 8b, insbesondere die zweiten Kontaktbereiche 13, mit den metallisierten Kontaktstellen 4 elektrisch zu verbinden, und die Kontaktteile 11 elektrisch mit der oberen Elektrode 3a des jeweiligen Sensorchips zu verbinden 3.
H) In einem nächsten Schritt erfolgt die Einhausung. Dabei wird ein Isoliermaterial bereitgestellt, und ein Isolierkörper 7 wird aus dem Isoliermaterial geformt. Das Isoliermaterial umfasst ein duroplastisches Epoxidmaterial mit einem Glasübergang bei einer Temperatur nahe 200 °C.
Der Körper 7 wird so gebildet, dass das Isoliermaterial mindestens Teile der Oberseite 2a des Substrats 2 bedeckt. Beispielsweise kann ein umlaufender Randbereich der Oberseite 2 frei von dem Isoliermaterial bleiben. Das Isoliermaterial bedeckt jedoch vollständig die Verbindung zwischen den Kontaktelementen 8a, 8b und dem Substrat 2 und die Verbindung zwischen den Sensorchips 3 und dem Substrat 2.
Das Isoliermaterial bedeckt ferner den Sensorchip 3, die zweiten Kontaktbereiche 13 und die Kontaktteile 11 vollständig. Die ersten Kontaktbereiche 12 bleiben frei von Isoliermaterial. Darüber hinaus bleiben auch die Seitenflächen 2a und die Unterseite 2c des Substrats 2 frei von Isoliermaterial.
I) In einem letzten Schritt erfolgt die Vereinzelung. Dabei wird das Substrat 2 in einzelne Komponenten geschnitten, um eine Vielzahl von Sensoranordnungen 1 bereitzustellen. Das Schnittmuster kann variieren, um eine Multichipanordnung 10 zu erhalten.
Bezugszeichenliste

1: Sensoranordnung
2: Substrat
2a: Oberseite
2b: Seitenfläche
2c: Unterseite
3: Sensorchip
3a: Elektrode des Sensorchips
4: Metallisierte Kontaktstelle
5: Verbindungsmaterial
6: Außenelektrode
7: Isolierung / Körper
8a: Erstes Kontaktelement
8b: Zweites Kontaktelement
9: Steg
10: Multichipanordnung
11: Kontaktteil
12: Erster Kontaktbereich
13: Zweiter Kontaktbereich
14: Freies Ende
15: Zwischenregion
16: Zentraler Bereich
17: Seitenbereich

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

US 2018122537 A [0004]
WO 9604536 A1 [0005]
US 2008308886 A [0006]
US 2017352603 A [0007]
KR 2005/0112719 A [0008]
US 2018/0306646 AA [0009]

Claims

Sensoranordnung (1) zur Temperaturmessung, umfassend - ein keramikbasiertes Substrat (2), - mindestens einen Sensorchip (3), der in einer horizontalen Position mittels eines Verbindungsmaterials (5) direkt mit dem Substrat (2) verbunden ist, - mindestens ein erstes Kontaktelement (8a) und mindestens ein zweites Kontaktelement (8b), die dazu ausgebildet und angeordnet sind, als Außenelektroden (6) der Sensoranordnung (1) zu agieren, wobei das erste Kontaktelement (8a) einen Kontaktteil (11) umfasst, der dazu ausgebildet und angeordnet ist, den Sensorchip (3) mittels des Verbindungsmaterials (5) elektrisch zu kontaktieren, und - einen Isolierkörper (7), der den Sensorchip (3) und mindestens Teile der Kontaktelemente (8a, 8b) umhüllt, wobei das Substrat (2) im Wesentlichen frei von einem Material des Isolierkörpers (7) ist.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Material des Isolierkörpers (7) dazu ausgebildet und angeordnet ist, einen elektrischen und Feuchtigkeitswiderstand der Sensoranordnung (1) zu erhöhen, und wobei das Material des Isolierkörpers (7) mindestens auf Teilen einer Oberseite (2a) des Substrats (2) direkt angeordnet ist, wobei Seitenflächen (2b) und eine Unterseite (2c) des Substrats (2) frei von dem Material des Isolierkörpers (7) sind.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Material des Isolierkörpers (7) ein duroplastisches Epoxidmaterial mit einem Glasübergang bei einer Temperatur nahe 200 °C umfasst.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das jeweilige Kontaktelement (8a, 8b) einen U-förmigen Federteil umfasst.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das jeweilige Kontaktelement (8a, 8b) einen ersten Kontaktbereich (12) umfasst, der frei von dem Isoliermaterial des Körpers (7) ist, wobei die ersten Kontaktbereiche (12) als die Außenelektroden (6) der Sensoranordnung (1) fungieren.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 4 und Anspruch 5, wobei die ersten Kontaktbereiche (12) durch einen der beiden Schenkel des jeweiligen U-förmigen Federteils gebildet sind.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das jeweilige Kontaktelement (8a, 8b) einen zweiten Kontaktbereich (13) umfasst, der vollständig innerhalb des Isolierkörpers (7) angeordnet ist, wobei die zweiten Kontaktbereiche (13) mit metallisierten Kontaktstellen (4) des Substrats (2) verbunden sind, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktelementen (8a, 8b) und dem Substrat (2) herzustellen.
Sensoranordnung (1) nach Anspruch 7 und Anspruch 4, wobei die zweiten Kontaktbereiche (13) durch den anderen der beiden Schenkel des jeweiligen U-förmigen Federteils gebildet sind.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kontaktteil (11) dazu gestaltet ist, mechanische Belastung zwischen dem ersten Kontaktelement (8a) und dem Sensorchip (3) zu verringern.
Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Kontaktteil (11) eine zusätzliche Feder umfasst, die an einem freien Ende des zweiten Kontaktbereichs (13) des ersten Kontaktelements (8a) angeordnet ist.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kontaktelemente (8a, 8b) Kupfer, Messing oder Phosphorbronze umfassen.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (2) eine Al₂O₃, ZTA, Silikat, AlN oder Si₃N₄ Keramik umfasst.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (1) mindestens einen NTC-Sensorchip (3) und/oder mindestens einen PCT-Sensorchip (3) umfasst.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verbindungsmaterial (5) ein hochschmelzendes Lötmaterial mit einer Arbeitstemperatur > 200 °C umfasst.
Sensoranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (1) für den Betrieb bei hohen Temperaturen bis zu 200 °C angepasst ist.
Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung (1) zur Messung einer Temperatur, umfassend die folgenden Schritte: A) Bereitstellen eines keramikbasierten Substrats (2) und Anordnen einer Vielzahl von metallisierten Kontaktstellen (4) auf einer Oberseite (2a) des Substrats; B) Bereitstellen eines Verbindungsmaterials (5); C) Bereitstellen einer Vielzahl von Sensorchips (3), wobei der jeweilige Sensorchip (3) Elektroden (3a) umfasst, die auf einer Oberseite und auf einer Unterseite des Sensorchips (3) angeordnet sind; D) Reflow-Löten, um eine der Elektroden (3a) des jeweiligen Sensorchips (3) elektrisch mit dem Substrat (2) zu verbinden, so dass der jeweilige Sensorchip (3) in horizontaler Position auf dem Substrat (2) angeordnet ist; E) Bereitstellen des Verbindungsmaterials (5); F) Bereitstellen einer Vielzahl von ersten und zweiten Kontaktelementen (8a, 8b), wobei das jeweilige Kontaktelement (8a, 8b) einen ersten Kontaktbereich (12) und einen zweiten Kontaktbereich (13) umfasst, und wobei das jeweilige erste Kontaktelement (8a) einen Kontaktteil (11) umfasst; G) Reflow-Löten, um die zweiten Kontaktbereiche (13) mit den metallisierten Kontaktstellen (4) und die Kontaktteile (11) mit der anderen der Elektroden (3a) des Sensorchips (3) elektrisch zu verbinden; H) Einhausen; I) Vereinzeln.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei Schritt H) ein Bereitstellen eines Isoliermaterials und Formen eines Isolierkörpers (7) aufweist, so dass das Isoliermaterial mindestens Teile der Oberfläche des Substrats (2) bedeckt, mit der der Sensorchip (3) und die zweiten Kontaktbereiche (13) verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Isoliermaterial den Sensorchip (3), die zweiten Kontaktbereiche (13) und die Kontaktteile (11) vollständig bedeckt, und wobei die ersten Kontaktbereiche (12) frei von Isoliermaterial sind.
Verfahren nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei der Isolierkörper (7) ein duroplastisches Epoxidmaterial mit einem Glasübergang bei einer Temperatur nahe 200 °C umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das Substrat (2) eine Al₂O₃, ZTA, Silikat, AlN oder Si₃N₄ Keramik umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die Sensorchips (3) eine Vielzahl von NTC-Sensorchips (3) und/oder PCT-Sensorchips (3) umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei das Verbindungsmaterial (5) ein hochschmelzendes Lötmaterial mit einer Arbeitstemperatur > 200 °C umfasst.