DE4017698C2

DE4017698C2 - Verfahren zum Aufbau und zur Vereinzelung von Sensoren in Dickschichttechnik

Info

Publication number: DE4017698C2
Application number: DE19904017698
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Phys Dr Seipler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2010-06-02
Also published as: DE4017698A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Aufbau von Sensoren, insbesondere Beschleunigungs- und Durchflußsensoren, nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Von der Herstellung von Heißfilmelementen ist es bekannt, aus einem Keramiksubstrat in Form einer dünnen Keramikscheibe mehrere Sensor elemente gleichzeitig zu strukturieren und diese in Dickschicht technik mit Schaltungselementen zu versehen. Zur Festlegung der Charakteristik dieser Schaltungselemente, beispielsweise durch Laserschnitte, ist ein weiterer Prozeßschritt erforderlich. Die an schließende Vereinzelung der Sensorelemente erfolgt ebenfalls meist durch Laserschnitte. Auf eine als Trägersubstrat dienende dicke Keramikscheibe werden in Dickschichttechnik Auswerteschaltungen für die Sensorelemente aufgebracht und durch Brechen oder Sägen des Trägersubstrats vereinzelt. Die Verbindung des dünnen, empfindlichen Sensorelements mit der Auswerteschaltung erfolgt für jeden Sensor einzeln. Nach der Montage ist ein Abgleich des Sensorelements und der Auswerteschaltung erforderlich, da die Meßsignale des Sensor elements im Fangbereich der Auswerteschaltung liegen sollen.

Aus der EP 01 82 140 A1 ist es bekannt, mehrere Ultraschallsensoren einzeln auf ein Dickschichtsubstrat aufzubringen und dann das Dick schichtsubstrat zwischen diesen Sensoren zu zerteilen. Aus der WO 90/01 810 A1 ist es bekannt, eine Vielzahl von gleichartigen elek trischen Funktionselementen auf ein Substrat aufzubringen und nach einer Funktionsprüfung eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden fehlerfreien Teilstücken herauszutrennen. Das Zerteilen von Dick schichtsubstraten mittels Laserstrahlbearbeitung wird beispielsweise in der DD-PS 2 13 556 beschrieben. Aus der JP 1-75 77A in Patent Abstracts of Japan, Section E, Vol. 13 (1989), Nr. 181 (E-750), ist die Verwendung von Kohleschichten als Trennschichten in Verbindung mit der Dickfilmtechnik bekannt.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren anzugeben, welches mit besonders wenig Prozeßschritten den Aufbau von Sensoren aus vorgefertigten Sensorelementen erlaubt.

Besonders einfach können dabei die Sensorelemente mit Trägern mit einer Auswerteschaltung verbunden werden. So kann beispielsweise bei der Fertigung eines Heißfilmelements die Charakteristik der Schal tungselemente auf dem Sensorelement beim gleichen Prozeßschritt festgelegt werden, wie der Abgleich des Sensorelements und der Aus werteschaltung. Außerdem lassen sich das Brennen der in Dickschicht technik aufgebrachten Schaltungselemente und der Verbindung zwischen dem Keramiksubstrat und dem Trägersubstrat im selben Prozeßschritt durchführen. Vorteilhaft ist außerdem, daß die Handhabung des dünnen Keramiksubstrats durch den Verbund mit dem dicken Trägersubstrat wesentlich erleichtert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Ver fahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß sich die elektrische Verbindung des Sensorelements mit der Auswerteschaltung mittels in die Glasdickschicht, die die mechanische Verbindung zwischen dem Sensorelement und der Auswerteschaltung herstellt, eingebrachter Leiterbahnen sehr einfach realisieren läßt. Die zur Durchkontak tierung erforderlichen Löcher im Keramiksubstrat lassen sich durch herkömmliche Fertigungsmethoden einfach realisieren. Von Vorteil ist, daß sich als dünnes Keramiksubstrat sowohl gesinterte Keramikplatten als auch ungesinterte Keramikfolien ("Green-Sheet"-Folien) verwenden lassen. Bei der Verwendung von Folientechnik lassen sich vorteilhaft Kohletrennschichten zur Er zeugung von freistehenden dünnen Sensorelementen einsetzen.

Ein weiterer Vorteil ist, daß nicht nur der Abgleich des Sensor elements mit der Auswerteschaltung nach dem Verbinden des Keramik substrats mit dem Trägersubstrat erfolgen kann, sondern daß zu diesem Zeitpunkt auch geometrische Strukturierungen des Sensor elementes, beispielsweise durch Konfigurierschnitte mittels eines Lasers vorgenommen werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 die Aufsicht auf ein Keramiksubstrat, aus dem die Sensor elemente strukturiert werden,

Fig. 2 die Aufsicht auf ein Träger substrat, auf das die Auswerteschaltungen für die Sensorelemente aufgebracht werden, und

Fig. 3 den Schnitt durch einen Sensor.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Keramiksubstrat bezeichnet, aus dem Sensor elemente strukturiert werden. Beispielhaft wird hier nur ein Sensor element 20 beschrieben. Das Keramiksubstrat 10 kann entweder eine dünne, gesinterte Keramikplatte sein oder auch eine ungesinterte Keramikfolie ("Green-Sheet"-Folie). In Fig. 1 sind mit 11 Trennschnitte ent sprechend den geometrischen Abmessungen der Sensorelemente 20 bezeichnet. Nach der Montage des Keramiksubstrats 10 auf ein Trägersubstrat wird das Keramiksubstrat 10 an den mit 11 bezeichneten Abgrenzungen zur Ver einzelung der Sensorelemente 20 zerschnitten. Üblicherweise werden dazu Laser verwendet. Auf das Keramiksubstrat 10 werden vorzugsweise in Dickschichttechnik Schaltungselemente 25 aufgebracht, beispielsweise temperaturabhängige Widerstände. Ebenfalls in Dickschichttechnik Schaltungs elemente (Leiterbahnen) 26 als Anschlüsse für die Schaltungselemente 25 aufgedruckt. Zur elektrischen Kontaktierung der Sensorschaltungs elemente 25 mit einer Auswerteschaltung werden Löcher 28, beispiels weise mittels eines Lasers, in das Keramiksubstrat 10 eingebracht. Funktionsbestimmende geometrische Strukturierungen der Sensor elemente 20, z. B. in Form von Konfigurierschnitten 27, können je nach Art entweder vor der Montage des Keramiksubstrats 10 durch geführt werden oder, wie im Falle von Konfigurierschnitten, nach der Montage in einem Prozeßschritt mit der Vereinzelung der Sensor elemente 20.

In Fig. 2 ist mit 30 ein Keramik-Trägersubstrat bezeichnet, bei dem es sich vorzugsweise um eine dicke, gesinterte Keramikplatte handelt, die vorgekerbt sein kann. Sind keine Kerben 31 vorhanden, so werden Sollbruchstellen in das Trägersubstrat 30 eingebracht, z. B. durch Ritzen oder ebenfalls Schneiden mittels eines Lasers. Auf das Keramik- Trägersubstrat 30 werden in Dickschichttechnik Auswerteschaltungen mit Anschlüssen für die Sensorelemente 20 aufgedruckt.

Die Anordnung der Sensorelemente 20 auf dem Keramiksubstrat 10 und die der Auswerteschaltung 41 auf dem Trägersubstrat 30 erfolgt dermaßen, daß zum Verbinden eines Sensorelementes mit einer Aus werteschaltung lediglich eine Montage des Keramiksubstrats 10 auf das Trägersubstrat 30 erforderlich ist, ohne daß zuvor die Sensor elemente oder die Auswerteschaltungen vereinzelt werden müssen. Die Montage erfolgt ebenfalls in Dickschichttechnik durch Aufglasen. Die mechanische Verbindung bildet eine Glasdickschicht 50, über welche das Keramiksubstrat 10 mit dem Trägersubstrat 30 verbacken wird. In die Glasdickschicht 50 werden ebenfalls in Dickschichttechnik Leiter bahnen 52 zur elektrischen Kontaktierung der Auswerteschaltung 41 mit dem Sensorelement 20 eingebracht. Dazu werden die Leiterbahnen 52 in Form von Durchkontaktierungen 51 durch die Löcher 28 weiter geführt. Nach der Montage können in einem Prozeßschritt die Aus werteschaltung 41 und die Schaltungselemente 25 auf dem Sensor element 20 dimensioniert werden, so daß die Schaltungselemente 25 des Sensorelements 20 im Fangbereich der Auswerteschaltung 41 liegen. Dies erfolgt vorzugsweise mit Laserschnitten. Auch die Vereinzelung der Sensorelemente 20 durch Laserschnitte erfolgt im Anschluß an die Montage. Bei diesem Prozeßschritt können auch geometrische Strukturierungen in Form von Konfigurierschnitten vorgenommen werden. Die eigentlichen Sensoren werden schließlich durch Brechen des Trägersubstrats 30 vereinzelt.

In Fig. 3 ist ein Sensor im Querschnitt dargestellt. Auf einem Träger 40, der aus Trägersubstrat 30 und darauf aufgebrachter Aus werteschaltung 41 besteht, ist ein Sensorelement 20 aufgebracht. Die mechanische Verbindung bildet ein Dickschichtglas; die elek trische Verbindung erfolgt über eine Leiterbahn 52, die in das Dick schichtglas 50 mittels dem in der Dickschichttechnik üblichen Sieb druckverfahren eingebracht ist. Die Leiterbahn wird in Form einer Durchkontaktierung 51 durch ein Loch 28 im Keramiksubstrat 10 durch geführt und geht in eine Leiterbahn 26 auf der Oberfläche des Keramiksubstrats 10 über, die einen Anschluß 26 des Sensorwider standes 25 bildet.

Handelt es sich bei dem Keramiksubstrat 10 um eine ungesinterte Keramikfolie, die erst beim Montageprozeß gesintert wird, so wird an den Stellen, an denen das Sensorelement 20 nicht mit dem Träger substrat 30 verbunden werden soll, eine Kohletrennschicht auf das Trägersubstrat 30 aufgebracht, die eine Verbindung verhindert.

Claims

1. Verfahren zum Aufbau von Sensoren, insbesondere Beschleunigungs- und Durchflußsensoren, bei dem ein Sensorelement auf einem Substrat präpariert wird, bei dem ein Träger mit einer Auswerteschaltung in Dickschichttechnik für das Sensorelement auf einem Keramik-Trägersubstrat präpariert wird und bei dem das Sensorelement mit dem Träger verbunden wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß mindestens zwei Sensorelemente (20) auf einem gemeinsamen Keramiksubstrat (10) durch Aubringen von Schaltungselementen (25, 26) in Dickschichttechnik und/oder durch Strukturieren des Keramiksubstrats (10) präpariert werden
- und daß erst nach dem Verbinden des gemeinsamen Keramiksubstrats (10) mit dem Keramik-Trägersubstrat (30) mindestens ein Sensorelement (20) von dem Keramiksubstrat (10) abgetrennt wird und mindestens ein Träger (40) von dem Keramik-Trägersubstrat (30) abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß das präparierte Keramiksubstrat (10) und das präparierte Keramik-Trägersubstrat (30) so miteinander verbunden werden, daß nach dem Abtrennen des Sensorelementes (20) vom Keramiksubstrat (10) und des Trägers (40) vom Keramik-Trägersubstrat (30) mindestens ein teilweise nicht mit dem Träger (40) verbundenes Sensorelement (20) entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung des Keramiksubstrats (10) mit dem Keramik-Trägersubstrat (30) mittels einer Glasdickschicht (50) erfolgt und daß die elektrische Verbindung des Sensorelements (20) mit einer Auswerteschaltung (41) mittels in die Glasdickschicht (50) eingebrachter Leiterbahnen (52) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramiksubstrat (10) eine gesinterte Keramikplatte ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramiksubstrat (10) eine ungesinterte Keramikfolie ("Green-Sheet"- Folie) ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereichen, wo das Keramiksubstrat (10) in Form einer ungesinterten Keramikfolie nicht mit dem Keramik-Trägersubstrat (30) verbunden werden soll, eine Kohletrennschicht in die Glasdickschicht (50) eingebracht wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Keramiksubstrat (10) Widerstände (25) und Leiterbahnen (26) im Dickschichtverfahren aufgebracht werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Keramiksubstrat (10) Löcher (28) eingebracht werden, die das Keramiksubstrat (10) vollständig durchdringen, und daß ein leitendes Material als Durchkontaktierung (51) in die Löcher (28) zu Kontaktierung des Sensorelementes (20) mit der Auswerteschaltung (41) eingebracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramik-Trägersubstrat (30) vorgekerbt ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente (20) durch mit Laser erstellte Trennschnitte (11) vereinzelt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verbinden des Keramiksubstrats (10) mit dem Keramik-Trägersubstrat mittels eines Lasers Konfigurierschnitte (27) in das Sensorelement (20) eingebracht werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (1) durch Brechen des Keramik- Trägersubstrats (30) vereinzelt werden.