DE102022210310A1 - Vorrichtung zur Erfassung einer Temperaturdifferenz sowie Bestimmungsverfahren - Google Patents

Vorrichtung zur Erfassung einer Temperaturdifferenz sowie Bestimmungsverfahren Download PDF

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Abstract

Die mikromechanische Sensorvorrichtung besteht aus wenigstens einem ersten und einem zweiten Halbleiterbauelement, die miteinander verbunden sind, zum Beispiel indem das zweite Halbleiterbauelement auf dem ersten Halbleiterbauelement angeordnet ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Halbleiterbauelemente eine Auswerteschaltung aufweist, vorteilhafterweise zur Erfassung und/oder Bestimmung der Thermospannung beziehungsweise einer Temperaturdifferenz. Optional kann die Auswerteschaltung auch zur Ansteuerung und/oder Auswertung einer Sensorvorrichtung auf einer der beiden Halbleiterbauelemente vorgesehen sein. Beide Halbleiterbauelemente sind wenigstens mit einem Paar von Bonddrähten miteinander verbunden. Dabei kann das aus einem ersten und einem zweiten Bonddraht bestehende Bonddrähtepaar optionalerweise dazu verwendet werden, die beiden Halbleiterbauelemente elektrisch zu kontaktieren und/oder eine Schaltung und/oder Sensorvorrichtung auf einem der Halbleiterbauelementen mit elektrischer Energie zu versorgen. Der Kern der Erfindung besteht dabei darin, dass die beiden Bonddrähte des wenigstens einen Bonddrähtepaares derart aus unterschiedlichen Materialien bestehen, dass bei einer Serienschaltung durch beide Bonddrähte eine Thermospannung erfasst werden kann, vorzugsweise mittels der Auswerteschaltung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Temperaturdifferenz sowie ein entsprechendes Bestimmungsverfahren.
  • Stand der Technik
  • Bei mikromechanischen Sensoren können Temperatureffekte die Sensorsignale verfälschen. So können sich aufgrund von thermischen Effekten Komponenten der Sensoren mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten gegeneinander verschieben und beispielsweise bei einem kapazitiv sensierenden Drucksensor den Abstand der verwendeten Elektroden verändern, ohne dass ein äußerer Druck anliegt. Darüber hinaus können auch thermische Wechselwirkungen in der verwendeten Aufbau- und Verbindungstechnik dazu führen, dass die erfassten Signale schwanken, ohne dass eine Änderung der zugrunde liegenden Signalabhängigkeit vorliegt.
  • Für einen Sensor ist es daher essentiell, die erfassten Sensorgrößen in Bezug zu der vorliegenden Temperatur abzugleichen, um eine hohe Sensorgenauigkeit zu erreichen. Hierzu werden Datenbanken bei der Auswertung verwendet, die für jede Temperatur einen entsprechende Korrekturwert bereit stellen. Die während der Sensordatenerfassung vorliegende Temperatur wird dabei üblicherweise durch zusätzliche Bauelemente, wie beispielsweise temperaturabhängige Dioden oder Widerstände erfasst. Diese zusätzlichen Bauelement erfordern jedoch eine zusätzliche Fläche auf dem Sensor, so dass die Sensorfläche vergrößert werden muss.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, eine Temperatur mit Komponenten zu bestimmen, die eine geringere Fläche auf dem Sensor benötigt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird eine mikromechanische Sensorvorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zur Erfassung einer Thermospannung an der Sensorvorrichtung sowie zur Ableitung einer an der Sensorvorrichtung anliegenden Temperatur bestimmt. Darüber hinaus wird ein Sensor mit einer erfindungsgemäßen mikromechanischen Sensorvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb dieses Sensors beansprucht.
  • Die mikromechanische Sensorvorrichtung besteht aus wenigstens einem ersten und einem zweiten Halbleiterbauelement, die miteinander verbunden sind, zum Beispiel indem das zweite Halbleiterbauelement auf dem ersten Halbleiterbauelement angeordnet ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Halbleiterbauelemente eine Auswerteschaltung aufweist, vorteilhafterweise zur Erfassung und/oder Bestimmung der Thermospannung beziehungsweise einer Temperaturdifferenz. Optional kann die Auswerteschaltung auch zur Ansteuerung und/oder Auswertung einer Sensorvorrichtung auf einer der beiden Halbleiterbauelemente vorgesehen sein. Beide Halbleiterbauelemente sind wenigstens mit einem Paar von Bonddrähten miteinander verbunden. Dabei kann das aus einem ersten und einem zweiten Bonddraht bestehende Bonddrähtepaar optionalerweise dazu verwendet werden, die beiden Halbleiterbauelemente elektrisch zu kontaktieren und/oder eine Schaltung und/oder Sensorvorrichtung auf einem der Halbleiterbauelementen mit elektrischer Energie zu versorgen. Der Kern der Erfindung besteht dabei darin, dass die beiden Bonddrähte des wenigstens einen Bonddrähtepaares derart aus unterschiedlichen Materialien bestehen, dass bei einer Serienschaltung durch beide Bonddrähte eine Thermospannung erfasst werden kann, vorzugsweise mittels der Auswerteschaltung.
  • Der Vorteil einer derartigen Ausgestaltung liegt darin, dass keine zusätzliche Fläche für Elemente zur Temperaturbestimmung auf dem Halbleiterbauelement vorgesehen sein muss.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung werden für die Erfassung der Thermospannung und nachfolgend die Bestimmung der Temperatur eines der Halbleiterbauelemente in Abhängigkeit der Thermospannung Bonddrähte verwendet, die ohnehin zur elektrischen Kontaktierung und/oder elektrischen Versorgung von Schaltungen oder Sensorvorrichtungen auf einem der beiden Halbleiterbauelemente vorgesehen sind. Zur Erfassung der Thermospannung kann dabei vorgesehen sein, dass insbesondere die Auswerteschaltung die elektrische Kontaktierung und/oder die elektrische Versorgung zumindest während der Erfassung der Thermospannung unterbricht.
  • Durch eine derartige Doppelnutzung einer bereits vorhandenen Bondverbindung zwischen den beiden Halbleiterbauelementen wird zusätzlich sowohl der Herstellungsaufwand als auch der Flächenbedarf auf der Halbleiteranordnung zur Bestimmung einer Temperatur verringert.
  • Der erste Bonddraht kann in einer Ausführung Gold, Silber, Kupfer beziehungsweise eine jeweilige Metalllegierung mit oder aus diesen Metallen aufweisen oder enthalten. Demgegenüber kann der zweite Bonddraht zur Bildung eines thermoelektrischen Effekts Aluminium, Nickel, Platin oder eine Legierung mit oder aus diesen Metallen daraus aufweisen oder enthalten.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein erstes Bonddrähtepaar zur elektrischen Kontaktierung und/oder elektrischen Versorgung der auf einem der beiden Halbleiterbauelement vorgesehenen Schaltung und/oder Sensorvorrichtung vorgesehen ist und ein zweites Bonddrähtepaar vorgesehen ist, an welchem die Thermospannung unabhängig vom ersten Bonddrähtepaar erfasst wird.
  • Zur Erfassung der Thermospannung kann vorgesehen sein, dass die beiden Bonddrähte eines Bonddrähtepaares an einem ersten Ende direkten Kontakt haben und insbesondere bei diesem direkten Kontakt mit einem der Halbleiterbauelemente verbunden sind. Die anderen zweiten Enden der beiden Bonddrähte können mit der Auswerteschaltung verbunden sein. Optional kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwei erste Enden auf einem gemeinsamen Kontaktbereich eines Halbleiterbauelements angeordnet sind, wobei zwischen den beiden ersten Enden eine elektrische Verbindung vorliegt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der Bonddrähte mit einem Passivierungsmittel bedeckt ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Bonddrähte eines Bonddrähtepaares zur Erfassung einer Thermospannung im Wesentlichen gleich mit dem Passivierungsmittel bedeckt sind.
  • Bei der Verwendung mehrerer Bonddrähte beziehungsweise Bonddrähtepaare zur Bestimmung der Temperatur kann vorgesehen sein, dass eine Mittelung der bestimmten Temperatur an den verschiedenen Bonddrähtepaaren erfolgt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass eine Mittelung der erfassten Thermospannung an den verschiedenen Bonddrähtepaaren erfolgt und erst aus dieser gemittelten Thermospannung die Temperatur bestimmt wird.
  • Mit Hilfe der erfassten Thermospannung lässt sich die Temperatur wenigstens eines Halbleiterbauelements bestimmen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem die erste Temperatur eines der beiden Halbleiterbauelement separat bestimmt wird, zum Beispiel mittels einer Diodenspannung einer ASIC-Temperatur-Diode oder eines Thermistors. Mit Hilfe der durch die Thermospannung abgeleitete Temperaturspannung lässt sich somit die zweite Temperatur des anderen Halbleiterbauelements bestimmen. Darüber hinaus oder alternativ kann die Temperatur der Umgebung des Halbleiterbauelements, einer Schaltung, einer Sensorvorrichtung und/oder des bedeckenden Passivierungsmittels bestimmt werden, indem beispielsweise entsprechende Umrechnungsfaktoren verwendet werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Betriebsverfahren für einen Sensor mit einem Heizelement vorgesehen, welches einem der beiden Halbleiterbauelemente zugeordnet ist. Das Betriebsverfahren regelt dabei die Heizleistung in Abhängigkeit der erfassten Thermospannung oder der bestimmten Temperaturdifferenz. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Regelung mit dem Ziel erfolgt, die Temperaturdifferenz zu minimieren oder zu maximieren. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Heizelement nicht direkt auf oder an einem der beiden Halbleiterbauelemente angebracht ist sondern derart benachbart vorgesehen ist, dass durch die Heizleistung auch wenigstens eines der Halbleiterbauelemente erwärmt werden kann. Entsprechend wird auch ein Sensor beansprucht, bei dem zu wenigstens einem der Halbleiterbauelemente ein Heizelement zugeordnet ist.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Die 1a und b zeigen eine erfindungsgemäße Verschaltung eines mikromechanischen Sensoraufbaus in der Seitenansicht sowie der Aufsicht. Das Blockschaltbild der 2 zeigt eine mögliche Auswerteeinheit zur Ermittlung einer Temperatur. In der 3 wird ein entsprechendes Auswerteverfahren gezeigt.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Sowohl bei der Sensorgrößenerfassung eines insbesondere mikromechanischen Sensors als auch bei dessen Abgleich ist die Berücksichtigung der Temperatur der einzelnen (Halbleiter-)Bauelemente und Komponenten wesentlich, um die Güte der Sensorgröße zu verbessern. So kann beispielsweise das unterschiedliche thermische Verhalten verschiedener Komponenten bei einem Drucksensor dazu führen, dass aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungen dieser Komponenten ein Drucksignal induziert wird ohne dass ein entsprechender Druck des anliegenden Mediums vorliegt.
  • Zur Erfassung einer Temperatur eines Halbleiterbauelements oder einer Komponenten wird in der vorliegenden Erfindung eine Bonddrahtverbindung verwendet, mittels der eine Thermospannung in Abhängigkeit der unterschiedlich an den (Halbleiter-)Bauelementen oder Komponenten anliegenden Temperatur erfasst werden kann. In der 1a ist im Querschnitt ein möglicher Aufbau einer mikromechanischen Sensorvorrichtung bestehend aus einem ersten Halbleiterbauelement 100 und einem zweiten Halbleiterbauelement 110 dargestellt, die über eine Verbindungsschicht 120 miteinander verbunden sind. Weiterhin sind Bonddrähte 130 vorgesehen, die eine elektrische Leitung zwischen dem ersten Halbleiterbauelement 100 und dem zweiten Halbleiterbauelement 110 herstellen. Alternativ zu diesem Aufbau kann die Erfindung auch bei zwei Halbleiterbauelementen eingesetzt werden, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die beiden Halbleiterbauelemente nicht zwangsläufig miteinander verbunden sein müssen. Wesentlich ist, dass eine Bonddrahtverbindung mit zwei Bonddrähten zwischen beiden Halbleiterbauelementen vorhanden ist, um mittels der Thermospannung deren Temperaturdifferenz ableiten oder bestimmen zu können.
  • In der Aufsicht der Anordnung beider Halbleiterbauelemente 100 und 120 gemäß der 1b ist beispielhaft ein Aufbau mit zwei Bonddrähtepaaren 132 und 134 beziehungsweise 136 und 138 dargestellt. Optional würde auch nur ein Bonddrähtepaar zur Realisierung der Erfindung ausreichen. Ebenso ist möglich, dass weitere Bonddrähtepaare verwendet werden. Beim ersten Bonddrähtepaar wird ein erster Bonddraht 132 von dem ersten Halbleiterbauelement 100 auf eine erste (elektrisch leitfähige) Kontaktfläche 150 auf dem zweiten Halbleiterbauelement 110 geführt. Der zweite Bonddraht 134 des ersten Bonddrähtepaares wird von einem (elektrisch leitfähigen) Kontaktbereich 140 von dem ersten Halbleiterbauelement 100 auf die erste Kontaktfläche 150 geführt. Entsprechend wird ein dritter Bonddraht 136 eines zweiten Bonddrahtpaares von dem ersten Halbleiterbauelement 100 auf eine zweite (elektrisch leitfähige) Kontaktfläche 155 auf dem zweiten Halbleiterbauelement 110 geführt. Entsprechend wird ein vierter Bonddraht 134 des zweiten Bonddrähtepaares von dem Kontaktbereich 140 auf die zweite Kontaktfläche 155 geführt.
  • Indem für jeweils zwei Bonddrähte eines Bonddrähtepaares eine Materialkombination gewählt wird, mittels der eine Thermospannung erfassbar ist, lässt sich durch eine Spannungsmessung am Ende der Serienschaltung zweier Bonddrähte eine Thermospannung erfassen. Aus dieser Thermospannung lässt sich eine Temperaturdifferenz zwischen den angeschlossen Halbleiterbauelementen/Komponenten ableiten oder bestimmen, die im Bereich der Bonddrähte und insbesondere im Verbindungsbereich der Bonddrähte vorliegt.
  • Konkret kann zwischen dem Anschluss + des ersten Bonddrahtes 132 auf dem ersten Halbleiterbauelement 100 und dem Kontaktbereich als Endpunkt des zweiten Bonddrahtes 134 eine Thermospannung erfasst werden. Entsprechend lässt sich bei einer Serienschaltung aller vier Bonddrähte 132 bis 138 im Sinne einer Thermokette zwischen dem + Anschluss des ersten Bonddrahtes 132 und dem - Anschluss des vierten Bonddrahtes 138 auf dem ersten Halbleiterbauelement 100 ebenfalls eine Thermospannung erfassen. Bei einer derartigen Thermokette vervielfacht sich die erzeugte und erfassbare Thermospannung, so dass eine bessere oder genauere Bestimmung der Temperaturdifferenz möglich ist.
  • In einer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Enden der Bonddrähte 132 und 134 beziehungsweise 136 und 138 auf den entsprechenden Kontaktflächen 150 und 155 direkt miteinander verbunden sind, das heißt einen direkten mechanischen und elektrisch Kontakt miteinander aufweisen. Optional oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass der zweite und vierte Bonddraht 134 und 138 auf dem Kontaktbereich 140 einen direkten (elektrischen) Kontakt aufweist.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeweils zwei in Serie nacheinander miteinander verbundene Bonddrähte unterschiedliche Materialien zur Bildung eines Thermoelements aufweisen. So können beispielsweise die Bonddrähte 132 und 138 jeweils Gold, Silber oder Kupfer oder eine Form von deren Legierungen aufweisen. Demgegenüber können die Bonddrähte 134 und 136 jeweils Aluminium, Nickel, Platin oder eine entsprechende Legierung aufweisen. Selbstverständlich können die Materialien auch umgekehrt bei den Bonddrähten vorgesehen sein. Eine Kombination, bei der sich eine Thermospannung ausbildet ist beispielsweise Platin und Nickel.
  • Je nach Materialkombination ergibt sich eine Spanungsänderung pro Bonddrahtpaar von 3 bis 21,5 Mikrovolt pro Kelvin. Bei der Verwendung von sechs Bonddrähten ergibt sich somit eine Spannungsänderung von 18 bis 120 µV/K. Dies ist zwar weniger als bei einer üblichen Temperatur-Halbleiterdiode, jedoch weist das Thermoelement prinzipbedingt keine Offsetstreuung auf. Die bei einer Temperatur-Halbleiterdioden naturbedingt vorliegende Streuung des Temperatur-Offsets würde insbesondere bei der Verwendung zweier T-Halbleiterdioden zu einer zu großen Ungenauigkeit bei der Erfassung der Temperaturdifferenz führen. Durch die Verwendung der Thermospannung und der daraus abgeleiteten Temperaturdifferenz reduziert sich die Ungenauigkeit bei der Bestimmung des Temperaturgradienten zwischen den Halbleiterbauelementen/Komponenten. Zudem ist bei der Verwendung von Bonddrähten eine wesentlich geringe Fläche auf dem Bauelement notwendig. Bei der Verwendung ohnehin vorliegenden Bondverbindungen entfällt zudem eine zusätzliche notwendige Fläche.
  • Mittels der erfassten Thermospannung und der daraus abgeleiteten Temperaturdifferenz kann die Temperatur eines der Halbleiterbauelemente oder einer auf oder in dem Halbleiterbauelement vorgesehenen Komponente beziehungsweise eines entsprechenden Bauteils bestimmt werden. So kann in einem der Halbleiterbauelemente eine Schaltung oder eine Sensorvorrichtung, zum Beispiel eine Temperaturdiode oder ein Thermistor, vorgesehen sein, deren erste Temperatur direkt erfasst wird. Mittels der Temperaturdifferenz in Ableitung der Thermospannung kann mit der vorliegenden Erfindung anschließend die zweite Temperatur des anderen Halbleiterbauelements bestimmt werden. Es ist auch möglich, mittels der Bonddrähte und der so erfassten Thermospannung die Temperatur der Umgebung des Aufbaus oder das den Sensor umgebende Medium zu bestimmen. Optional kann auch vorgesehen sein, dass einzelne oder mehrere der Bonddrahtpaare mit einem Passivierungsgel bedeckt sind. So kann auch die Temperatur dieses Passivierungsgels bestimmt werden, welches üblicherweise der Umgebungs- oder Vorrichtungstemperatur entspricht. Um eine Konsistenz der erfassten Thermospannung zu erreichen, sollte in diesem Fall jedoch darauf geachtet werden, dass zumindest die zu einem Paar gehöreigen Bonddrähte im Wesentlichen gleichartig mit dem Passivierungsgel bedeckt sind. In einer besonderen Ausführung der Erfindung kann mit einem Bonddrähtepaar die Temperatur eines Heizelements auf einem der Halbleiterbauelemente überwacht werden. Generell können verschiedene Bonddrähtepaare vorgesehen sein, mit denen die Temperaturdifferenz zwischen unterschiedliche Komponenten oder Teile der Halbleitervorrichtung beziehungsweise Sensorvorrichtung bestimmt werden.
  • Auf dem ersten oder zweiten Halbleiterbauelement 100 oder 110 kann zudem eine Auswerteschaltung vorgesehen sein, mittels der die Thermospannung in den Bonddrähtepaaren erfasst wird. Bei Verwendung mehrerer Bonddrähtepaare kann die Auswerteschaltung die einzelnen Thermospannungen separat, sequentiell oder gleichzeitig abfragen. Je nach Anordnung der Bonddrähte können so auch gemittelte Thermospannungen für die Bestimmung der Temperatur oder gemittelte Temperaturdifferenzen für die Ausgabe verwendet werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Bonddrähte 132 bis 138 wenigstens teilweise für einen elektrischen Anschluss beider Halbleiterbauelemente 100 und 110 vorgesehen sind, zum Beispiel zur Versorgung einer Schaltung oder einer Sensorvorrichtung auf oder in dem zweiten Halbleiterbauelement 110 mit elektrischer Energie. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Auswerteschaltung vor der Erfassung der Thermospannung an dem wenigstens einen Bonddrähtepaar die elektrische Verbindung und somit Energieversorgung abschaltet. Hierbei ist insbesondere auf Entladungsvorgänge zu achten, so dass keine Restkapazitäten in den Bonddrähten die Erfassung beeinträchtigt.
  • Anhand des Blockschaltbilds der 2 wird eine mögliche Vorrichtung zur Erfassung und Auswertung der Thermospannung gezeigt. Eine zentrale Auswerteinheit oder Auswerteschaltung 200 weist dabei einen Speicher 210 auf, in dem die erfasste Thermospannung beziehungsweise Temperaturdifferenz abgespeichert werden kann. Zudem kann der Speicher 210 eine Datenbank enthalten, die bei der Bestimmungen der Temperatur aus der Thermospannung verwendet wird. Der Speicher 210 kann außerdem mögliche Anpassungen eines Sensorsignals in Abhängigkeit des Temperatur enthalten. Die Auswerteschaltung 200 erfasst von dem wenigstens einen Bonddrahtepaar 220 eine Thermospannung und bestimmt daraus eine Temperaturdifferenz, die an ein externes System 250 zur Weiterverarbeitung weitergeleitet werden kann. In einer optionalen Ausgestaltung kann die Auswerteschaltung 200 auch das Sensorsignal einer Sensorvorrichtung 230 erfassen und entsprechend der erfassten Temperaturdifferenz in ein temperaturkorrigiertes Sensorsignal umrechnen. Dieses korrigierte Sensorsignal kann dann ebenfalls für eine Weiterverarbeitung an ein entsprechendes System 260 weitergegeben werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Bonddrähte ein Mehrfachnutzen aufweist. Die Mehrfach- oder Doppelnutzung besteht dabei darin, dass die Bonddrähte sowohl zur elektrischen Verbindung oder Kontaktierung als auch zur Erfassung einer Thermospannung verwendet werden können. In diesem Fall kann die Auswerteschaltung in Abhängigkeit der Information eines entsprechenden Steuerungssystem 240 die Energieversorgung 270 unterbrechen, bevor die Thermospannung erfasst wird. Nach der Erfassung oder Bestimmung der Temperatur kann die Auswerteschaltung 200 die Energieversorgung 270 wieder in Betrieb nehmen. Zur Bestimmung der Temperatur des nicht mit einem Temperaturerfassungsmittel ausgestatteten Halbleiterbauelements oder einer Komponente, kann die Temperatur eines der anderen Halbleiterbauelemente oder Komponenten erfasst werden. Hierzu ist ein Erfassungsmittel 280 vorgesehen, zum Beispiel eine Temperatur-Diode oder ein Thermistor, der die (absolute) Temperatur an diesem mit den Thermodrähten verbundene Halbleiterbauelement oder dieser Komponente erfasst. Durch die Erfassung der Thermospannung und der so abgeleiteten Thermospannung lässt sich dann in der Auswerteschaltung 200 die Temperatur des anderen, mit den Thermodrähten/Bonddrähten verbundenen Halbleiterbauelements bestimmen und an ein externes System 290 ausgeben.
  • In dem Flussdiagramm der 3 wird ein mögliches Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur basierend auf der erfassten Thermospannung gemäß der vorstehenden Ausführung beschrieben. Dabei kann das Verfahren in einer Auswerteschaltung gemäß der 2 oder als Software in einer entsprechenden Prozessoreinheit durchgeführt werden. Hierbei wird in einem ersten Schritt 320 eine Thermospannung mittels der Bonddrähte sowie eine erste Temperatur eines der verbundenen Halbleiterbauelemente oder Komponenten erfasst und in einem Schritt 360 die Temperatur des anderen mit den Bonddrähten verbundenen Halbleiterbauelement aus dieser Thermospannung bestimmt beziehungsweise abgeleitet.
  • In einem optionalen Verfahren kann in einem Schritt 300 vor der Erfassung der Thermospannung die Energieversorgung durch die Bonddrähte, die zur Erfassung der Thermospannung verwendet werden, unterbrochen werden. Nach der Erfassung der Thermospannung kann in einem weiteren Schritt 340 optional die Energieversorgung wieder reaktiviert werden, wenn dies nicht durch einen anderen Prozess erfolgt. Dieser Schritt 340 kann vor oder nach der Bestimmung der Temperatur erfolgen. Gegebenenfalls kann die Erfassung der Thermospannung und die Regelung der Energieversorgung auch getaktet erfolgen.
  • In einer weiteren Ausführung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Thermospannung von mehreren Bonddrähtepaaren erfasst und aus der gemittelten Thermospannung eine Temperatur bestimmt wird. Ebenso kann vorgesehen sein, dass aus verschiedenen Thermospannungen eine gemittelte Temperatur bestimmt wird.
  • Die Auswerteschaltung beziehungsweise das Verfahren kann dazu vorgesehen sein, basierend auf der erfassten Thermospannung oder der bestimmten Temperatur eine Heizeinrichtung oder eine Sensorvorrichtung zu steuern oder zu regeln.
  • In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erfasste Thermospannung für den Betrieb eines Heizelements verwendet wird. Dabei kann das Heizelement direkt oder indirekt wenigstens eines der Halbleiterbauelemente erwärmen. So kann beispielsweise die Heizleistung des Heizelements abhängig von der erfassten Thermospannung, von der bestimmten Temperaturdifferenz oder von einer daraus abgeleiteten absoluten Temperatur geregelt werden. Mit der Regelung kann dabei das Ziel verfolgt werden, die Temperaturdifferenz, die mit der Thermospannung bestimmt werden kann, zu minimieren. Alternativ kann auch vorgesehen sein, die Temperaturdifferenz zu maximieren oder auf einen bestimmten Betrag zu halten.

Claims (13)

  1. Mikromechanische Sensorvorrichtung mit einem ersten Halbleiterbauelement (100) und einem zweiten Halbleiterbauelement (110), wobei • das erste Halbleiterbauelement (110) mit dem zweiten Halbleiterbauelement (100) verbunden ist, insbesondere indem das zweite Halbleiterbauelement (110) auf dem ersten Halbleiterbauelement (100) angeordnet ist, und • wenigstens eines der beiden Halbleiterbauelemente (100, 110) eine Auswerteschaltung aufweist, und • beide Halbleiterbauelemente mit wenigstens einem Paar von Bonddrähten (132, 134, 136, 138), bestehend aus einem ersten und einem zweiten Bonddraht verbunden sind, insbesondere zur elektrischen Kontaktierung und/oder elektrischen Versorgung der beiden Halbleiterbauelemente (100, 110), dadurch gekennzeichnet, dass das der erste und zweite Bonddraht (132, 134, 136, 138) derart unterschiedliche Materialien aufweist, das die Auswerteschaltung bei einer Serienschaltung der Bonddrähte eine Thermospannung erfasst.
  2. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung die elektrische Kontaktierung und/oder elektrische Versorgung zur Erfassung der Thermospannung unterbricht.
  3. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bonddraht (132, 136) Gold, Silber, Kupfer oder eine Legierung aus oder mit diesen Metallen aufweist.
  4. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bonddraht (134, 138) Aluminium, Nickel, Platin oder eine Legierung aus oder mit diesen Metallen aufweist.
  5. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Paar von Bonddrähten (132, 134, 136, 138) zur elektrischen Kontaktierung und/oder Versorgung einer oder mehreren Schaltungen und wenigstens ein Paar von Bonddrähten (132, 134, 136, 138) zur Erfassung der Thermospannung vorgesehen sind, wobei insbesondere die Bonddrähtepaare zur Erfassung der Thermospannung in Serie betrieben werden.
  6. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bonddrähte (132, 134, 136, 138) mit unterschiedlichen Materialien mittels eines gemeinsamen Kontaktbereichs (140) miteinander verbunden sind.
  7. Mikromechanische Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bonddrähte (132, 134, 136, 138) wenigstens teilweise mit einem Passivierungsmittel bedeckt sind, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass jeweils zwei nacheinander in Serie geschaltete Bonddrähte im Wesentlichen gleich mit dem Passivierungsmittel bedeckt sind.
  8. Sensor mit einer mikromechanischen Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mikromechanische Sensorvorrichtung • ein Heizelement auf dem ersten und/oder zweiten Halbleiterbauelement und • eine Regeleinheit zur Regelung des Heizelements aufweist, die Regeleinheit in Abhängigkeit der erfassten Thermospannung das Heizelement regelt.
  9. Verfahren zur Bestimmung einer Temperaturdifferenz in Abhängigkeit einer Thermospannung zur Anwendung bei einer mikromechanischen Sensorvorrichtung mit einem ersten Halbleiterbauelement (100) und einem zweiten Halbleiterbauelement (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei • das erste Halbleiterbauelement (110) mit dem zweiten Halbleiterbauelement (100) verbunden ist, insbesondere indem das zweite Halbleiterbauelement (110) auf dem ersten Halbleiterbauelement (100) angeordnet ist, und • wenigstens eines der beiden Halbleiterbauelemente (100, 110) eine Auswerteschaltung aufweist, und • beide Halbleiterbauelemente mit wenigstens einem Paar von Bonddrähten (132, 134, 136, 138), bestehend aus einem ersten und einem zweiten Bonddraht verbunden sind, insbesondere zur elektrischen Kontaktierung und/oder elektrischen Versorgung der beiden Halbleiterbauelemente (100, 110), und • der erste und zweite Bonddraht (132, 134, 136, 138) unterschiedliche Materialien zur Realisierung einer Thermospannung bei einer Serienschaltung der beiden Bonddrähten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren, welches insbesondere durch die Auswerteschaltung ausgeführt wird, • eine Thermospannung an den Enden der beiden Bonddrähte erfasst, und • in Abhängigkeit der Thermospannung eine Temperaturdifferenz bestimmt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die elektrische Kontaktierung und/oder elektrische Versorgung zur Erfassung der Thermospannung unterbricht.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren • an wenigstens zwei Paaren von Bonddrähten eine Thermospannung erfasst, und • eine gemittelte Temperaturdifferenz in Abhängigkeit eines Mittelwerts o der Thermospannung oder o der aus der einzelnen Thermospannung bestimmten Temperaturdifferenz ableitet.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren • zusätzlich eine erste Temperatur eines der beiden Halbleiterbauelemente (110, 110) erfasst, insbesondere mittels einer Diodenspannung, und • in Abhängigkeit der erfassten ersten Temperatur und der erfassten Thermospannung die zweite Temperatur des anderen Halbleiterbauelements (100, 110) bestimmt.
  13. Betriebsverfahren für einen Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizelement auf dem ersten und/oder zweiten Halbleiterbauelement in Abhängigkeit von einer mittels eines der Verfahren der Ansprüche 9 bis 11 erfassten Thermospannung regelt.
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