DE60004454T2

DE60004454T2 - Drucksensoreinheit

Info

Publication number: DE60004454T2
Application number: DE60004454T
Authority: DE
Inventors: Mikio Matsuidacho Shiono; Kenichi Matsuidacho Fukuda
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: EP1091201B1; JP2001099737A; US6425294B1; DE60004454D1; EP1091201A3; EP1091201A2; JP3640337B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drucksensoreinheit und insbesondere auf eine Drucksensoreinheit, die mit einem fluorierten Polymer enthaltenden Material zum Schutz und zur Erzielung einer erhöhten Lebensdauer versiegelt ist.
Hintergrund der Erfindung
Zum Schutze einer Halbleitervorrichtung, wie beispielsweise eines Drucksensors, gegen elektrische, mechanische oder/und chemische Angriffe von außen ist es bereits bekannt, die Halbleitervorrichtung in einem Gehäuse unterzubringen und den leeren Raum im Gehäuse mit einem Gelmaterial auszufüllen, welches ausgezeichnete Eigenschaften aufweist einschließlich einer hohen elektrischen Isolation, einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen thermische Angriffe, Vibrationen und sowohl hohe als auch tiefe Temperaturen. Die hauptsächlich zur Versiegelung der Gehäuse verwendeten Materialien sind Siliconharze, wobei das Siliconharzgel Nachteile aufweist, wie das Aufquellen in Lösungsmitteln wie Toluen, Gasolin und Gasohol. Darüber hinaus haben sie eine hohe Feuchtigkeitspermeabilität statt hoher Wasserbeständigkeit und unterliegen Alterungsprozessen durch Chemikalien, wie beispielsweise starke Säuren und starke Laugen.
In Bereichen in denen eine Gasolinbeständigkeit, Wasserbeständigkeit und chemische Beständigkeit zusätzlich zu den vorbeschriebenen Charakteristika benötigt wird, ist es daher unabdinglich, ein fluoriertes Polymer enthaltendes Gelmaterial zu verwenden, welches alle die benötigten Eigenschaften aufweist. So unterliegt die Drucksensoreinheit zur Druckmessung des Verbrennungsgases oder des Auspuffgases eines Automotors nicht nur Änderungen in Druck und Temperatur, sondern es erfolgt gleich eine Aussetzung gegenüber Gasolindampf, Wasserdampf und sauren Auspuffgasen, sodass Gelmaterialien vom fluorierten Polymer enthaltenden Typ als geeignetes Versiegelungsmittel verwendet werden, um die Einheit den vorstehenden äußeren Angriffen gegenüber zu schützen (Tokkai Hei 11-116685, und der Ausdruck „Tokkai" wird hierbei verwendet für „ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung").
Als ein Beispiel eines Materials welches ein solches fluoriertes Polymer enthaltendes Geldichtmittel bildet, ist bereits die härtbare Perfluoro-Polyetherharzzusammensetzung vorgeschlagen worden, die im Grundsatz besteht aus (A) einer geradkettigen Fluoropolyetherverbindung mit Alkenylgruppen in jedem Molekül und mit einer Polyfluoropolyetherstruktur in der Hauptkette, (B) einer Fluor enthaltenden organischen Siliconverbindung, die in jedem Molekül ein Wasserstoffatom in Bindung zu einem Siliconatom aufweist und (C) einer Platingruppeverbindung.
Die US-A- 5747694 beschreibt einen Drucksensor, umfassend ein Kunststoffgehäuse mit einer Barriere in einer Druckkammer, wobei ein Drucksensor und den Sensor und die Anschlüsse verbindende Drähte nur mit einem Silicongel überdeckt sind. Der Drucksensor kann auf einem Glasfuß befestigt sein, der an die Innenseite des Kunststoffgehäuses mittels eines Fluorocarbonklebers angeklebt ist.
Wenn jedoch die Drucksensoreinheit nur mit der gelierten Perfluoropolyetherharzzusammensetzung versiegelt ist, wie oben angesprochen, und in eine Umgebung gebracht wird, sodass die Einheit wiederholte Änderungen in Temperatur und Atmosphärendruck der vorerwähnten Gase ausgesetzt wird, so werden Gasbläschen im Gel produziert und die produzierten Gasbläschen vergrößern sich und bewegen sich, sodass sie Risse im Gel oder Unterbrechungen in den Verbindungsdrähten hervorrufen. Als Ergebnis hat man damit nicht nur ein Problem mit der Schutzfunktion des Gels sondern auch die Sensorfunktion der Einheit selbst geht verloren.
Zusammenfassung der Erfindung
Als Ergebnis unserer intensiven Studien, das vorerwähnte Problem zu lösen, wurde herausgefunden, dass die Lebensdauer einer Drucksensoreinheit verlängert werden kann durch Überdecken wenigstens eines Teils der Anschlüsse mit einem Film aus fluoriertem Polymer enthaltendem Kleber, bevor die Versiegelung mit einem Gel erfolgt, wie es bisher für Drucksensoreinheiten benutzt worden ist und dies bildet die vorliegende Erfindung.
Ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, eine Drucksensoreinheit zu schaffen, die eine ausreichende Haltbarkeit besitzt, selbst wenn die Drucksensoreinheit in einer Umgebung verwendet wird, in der sie Veränderungen in Temperatur und Druck unterworfen ist und darüber hinaus in der sie einer Atmosphäre aus Gasolindampf, Wasserdampf und sauren Auspuffgasen ausgesetzt ist.
Die vorstehende Aufgabe der Erfindung wird erreicht mit einer Drucksensoreinheit, umfassend (i) ein Gehäuse, (ii) Drucksensorglieder, die darin installiert sind und die einen Aufsatz enthalten, dessen Boden mit der inneren Basis des Gehäuses mithilfe eines Klebers verbunden ist, einen Sensorchip, der fest auf der Oberseite des Aufsatzes befestigt ist, Anschlüssen, die auf der inneren Basis des Gehäuses angeordnet sind und Verbindungsdrähte, welche den Sensorchip mit den entsprechenden Anschlüssen verbindet, und (iii) ein Versiegelungsmittel, welches das Gehäuse so ausfüllt, dass alle Drucksensorteile vollständig darin eingebettet sind, wobei die Anschlüsse mit einem Film aus einer fluorierten Polymer enthaltenden Zusammensetzung überdeckt sind, die als Kleber wirkt (nachstehend angesprochen als „fluorierter Polymer enthaltender Kleber") wenigstens im oberen Teil davon, wobei das Versiegelungsmittel ein fluoriertes Polymer enthaltendes Gelmaterial ist, wobei die Zusammensetzung als Kleber im fluorierten Polymer ähnlich zum Gelmaterial ist.
Bei der vorstehenden Drucksensoreinheit sind die Anschlüsse mit einem Film eines fluorierten Polymer enthaltenden Klebers in ihren oberen Abschnitten bedeckt und darüber hinaus vollständig unter dem Gelversiegelungsmittel eingebettet. Daher unterliegen sie kaum den Einflüssen von Gasolindampf, Wasserdampf und sauren Auspuffgasen, selbst wenn die Einheit einer Atmosphäre ausgesetzt wird, die solche Dämpfe und Gase enthält. Selbst wenn die Einheit Betriebsbedingungen unterworfen wird, bei denen sie Änderungen in Druck und Temperatur erlei det, wird das Versiegelungsmittel wirksam daran gehindert, Gasblasen zu bilden und Risse zu erzeugen. Damit wird erreicht, dass der im Versiegelungsmittel eingebettete Drucksensor eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich seiner Lebensdauer erfährt. Aus diesem Grund ist die vorliegende Einheit sehr nützlich als Drucksensoreinheit in Automobilen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die 1 ist ein vertikaler Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit.
Darin bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 8 die nachfolgenden Sensorteile, wobei das Bezugszeichen 9 eine Drucksensoreinheit als ganzes bezeichnet:

1: Gehäuse
2: Kleber
3: Aufsatz
4: Sensorchip
5: Anschluss
6: Verbindungsdraht
7: fluorierter Polymer enthaltender Kleber
8: fluoriertes Polymer enthaltendes Geldichtmittel

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung soll anhand der 1 näher erläutert werden.
Die 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit. Darin bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Gehäuse, 2 einen Kleber, 3 einen Aufsatz, 4 einen Sensorchip, 5 einen mit einer äußeren Elektrode verbundenen Anschluss, 6 einen Verbindungsdraht der den Sensorchip 4 mit einem der Anschlüsse 5 verbindet, 7 einen fluorierten Polymer enthaltenden Kleber und das Bezugszeichen 8 ein fluoriertes Polymer enthaltendes Gelversiegelungsmittel.
Insbesondere bestehet das Gehäuse aus Kunststoff, wie beispielsweise Poly(phenylensulfid) Harz (im Allgemeinen abgekürzt als „PPS") und ist an der Oberseite offen. Im zentralen Teil des Gehäuses 1 ist ein Sensorchip 4 angeordnet, der fest mit einem Aufsatz 3 verbunden ist, der beispielsweise aus Glas besteht. Der innere Druck des Gehäuses 1 wird durch den Sensorchip 4 detektiert. Der Aufsatz 3 ist an der inneren Basis des Gehäuses 1 mithilfe eines Klebers 2 befestigt. Als Kleber 2 ist es zweckmäßig, einen fluorierten Polymer enthaltenden Kleber zu verwenden, wie beispielsweise einen Kleber vom Fluorosilikon- oder Perfluoropolyethertyp.
Im Gehäuse 1 sind wenigstens zwei Anschlüsse 5 angeordnet. Ein Ende jedes Anschlusses ist mit der Außenseite verbunden und das andere Ende ist mit dem Sensorchip 4 über einen Verbindungsdraht 6 verbunden. Die durch den Sensorchip 4 detektierten Drucksignale können von jedem Anschluss 5 an der Außenseite abgenommen werden. Der Kleberfilm 7, der den oberen Teil der Anschlüsse 5 überdeckt, ist ähnlich im fluorierten Polymer zum Geldichtmittel 8, das oben angesprochen wurde, und kann dadurch erhalten werden, dass eine thermisch härtbare flüssige Perfluorpolyetherharzzusammensetzung gehärtet wird. Beispiele eines fluorierten Polymer enthaltenden Klebers, der für die vorstehenden Zwecke geeignet ist, sind in der JP-A-9-95615 beschrieben.
Der obere Teil der Anschlüsse 5 wird mit der Kleberzusammensetzung überdeckt und dann auf eine Temperatur nicht höher als 200°C, vorzugsweise zwischen 100 und 200°C, einige Minuten bis mehrere Stunden lang erhitzt. Als Ergebnis bildet die Kleberzusammensetzung einen Film, der an der Oberfläche haftet, die in Kontakt damit gebracht wurde. Die Kleberzusammensetzung kann gehärtet werden oder auch ungehärtet bleiben, bevor die fluorierte Polymer enthaltende Gelzusammensetzung in das Gehäuse eingegossen wird. Um die Haftung zwischen der Kontaktfläche zwischen dem fluorierten Polymer enthaltenden Kleber 7 und dem fluorierten Polymer enthaltenden Gelversiegelungsmittel 8 zu erhöhen, ist es zweckmäßig, dass nach dem Einfüllen der fluorierten Polymer enthaltenden Gelzusammensetzung die Kleberverbindung und die Gelverbindung gleichzeitig gehärtet werden. Beispiele einer für die vorstehenden Zwecke geeigneten fluorierten Polymer enthaltenden Gelzusammensetzung umfassen die, die in der JP-A-11-116685 beschrieben sind.
In dem Fall, in dem eine gleichzeitige Härtung vorgenommen wird, ist es zweckmäßig, wenn die fluorierte Polymer enthaltende Kleberzusammensetzung Kieselsäure enthält. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Viskosität der Kleberzusammensetzung deutlich verschieden ist von der der Gelzusammensetzung. Zusätzlich ist es wünschenswert, dass der Kleberfilm eine Härte zwischen 5 und 60 Grad aufweist (gemessen entsprechend JIS A). Wenn die Härte des Kleberfilms niedriger als 5 Grad ist, tendieren Temperatur- und/oder Druckänderungen dazu, die Produktion von Luftblasen an der Peripherie der Anschlüsse zu verursachen und geben darüber hinaus Anlass zu einem Anwachsen der Blasen zum Aufspalten des Films. Wenn der Kleberfilm eine Härte höher als 60 Grand aufweist, neigt er andererseits dazu, dass er den Temperaturänderungen nicht mehr folgen kann und sich demzufolge von den Oberflächen ablöst, mit denen er anfangs in engem Kontakt stand.
Das fluorierte Polymer enthaltende Gelversiegelungsmittel 8 für die erfindungsgemäße Drucksensoreinheit wird durch Härtung einer thermisch härtbaren flüssigen Perfluorpolyetherharzverbindung hergestellt. Wie vorstehend erwähnt ist ein Gel, das durch Härten einer flüssigen Perfluorpolyethylenharzverbindung gebildet wird, sehr gut geeignet für eine Drucksensoreinheit, die einer Mischatmosphäre aus saurem Gas und Wasserdampf ausgesetzt wird. Die Gelbildung wird durchgeführt durch Füllen des Gehäuses 1 mit der vorgenannten Gelzusammensetzung, sodass die fluorierte Polymer enthaltende Kleberschicht 7, der Sensorchip 4 und die Verbindungsdrähte 6 sämtliche in der Gelzusammensetzung eingebettet sind und anschließend wird die Gelzusammensetzung erhitzt auf Temperaturen von 200°C oder darunter, vorzugsweise auf Temperaturen zwischen 100°C und 200°C über eine Periode von wenigen Minuten bis mehreren Stunden.
Es ist wünschenswert, dass das durch die Härtung der vorstehenden Gelzusammensetzung gebildete Gel eine Penetrationszahl zwischen 1 und 100 aufweist, gemessen entsprechend JIS K 2220. Ist die Penetrationszahl des Gels kleiner als 1, so kann das Gel die Spannungen nicht abbauen, die durch Druck- und/oder Temperaturänderungen die Sensoreinheit erlitten hat; daraus resultiert, dass die Sensorcharakteristika Schwankungen unterliegen und was noch schlechter ist, dass ein Brechen der Verbindungsdrähte auftreten kann. Andererseits, wenn das Gel eine Penetrationszahl größer als 100 aufweist, droht eine Verflüssigung aufzutreten, wenn das Gel Druckänderungen unterworfen wird.
Nachstehend soll die vorstehende Erfindung im Detail durch das folgende Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Durcksensoreinheit illustriert werden. Jedoch ist ausdrücklich anzumerken, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
Beispiel
Es wurde eine Drucksensoreinheit, wie sie in 1 gezeigt ist, hergestellt, wobei der obere Abschnitt jedes Anschlusses 5 mit einem Film eines fluorierten Polymer enthaltenden Klebers überdeckt wurde, der eine Härte von 25 Grad (SIFEL 611, Handelsname, ein Produkt der Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) besitzt und das Gehäuse 1 wurde mit einem fluorierten Polymer enthaltenden Gelmaterial gefüllt, das eine Penetrationszahl von 90 aufweist (SIFEL 819A/B, Handelsname, ein Produkt der Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) in einem Zustand, dass das Gelmaterial sowohl den Kleberfilm 7, den Sensorchip 4 und die Verbindungsdrähte 6 vollständig überdeckte. Diese Drucksensoreinheit wurde in Benzin oder Wasser über eine Periode von einer Woche eingetaucht und dann wieder herausgenommen.
Jede der so behandelten Drucksensoreinheiten wurde hinsichtlich ihrer Lebensdauer unter der Bedingung getestet, dass sie dem nachfolgenden Druckzyklus und Erhitzungs-Abkühlzyklus gleichzeitig unterworfen wurde. Als Ergebnis wurde dabei gefunden, dass weder die Bildung von Blasen noch das Auftreten von Rissen im Geldichtungsmittel festgestellt werden konnte und zwar bei allen Druck sensoreinheiten, selbst wenn derartige Zyklen 1.000.000 mal wiederholt wurden, basierend auf einem Druckzyklus. Im Gegensatz dazu produzierte die Drucksensoreinheit, die nur mit dem Gel alleine versiegelt worden war, Blasen und wies Brüche in den Verbindungsdrähten auf, ehe die Testzyklen 30.000 mal, basierend auf Druckzyklen, wiederholt waren.
Druckzyklus: 2.000 mmHg/2 sec – 100 mmHg/2sec Zyklus
Heiz-Kühlzyklus: 130°C/60 min – 40°C/60 min Zyklus

Claims

Drucksensoreinheit umfassend ein Gehäuse, darin installierte Drucksensorglieder die einen Aufsatz enthalten dessen Boden an der inneren Basis des Gehäuses mit Hilfe eines Klebers befestigt ist, einen fest mit der Oberseite des Aufsatzes verbundenen Sensorchip, an der inneren Basis des Gehäuses angeordnete Anschlüsse und Verbindungsdrähte die den Sensorchip mit ihren entsprechenden Anschlüssen verbinden und einem Kapselmittel, welches das Gehäuse so ausfüllt, dass alle Teile der Drucksensoreinheit vollständig darin eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse mit einer fluorierten Polymer enthaltenden Zusammensetzung, die als Kleber wenigstens in einem oberen Abschnitt funktionieren, überdeckt sind und dass das Kapselmaterial ein fluoriertes Polymer enthaltendes Gelmaterial ist, wobei die Zusammensetzung als Kleber im fluorierten Polymer ähnlich dem Gelmaterial ist.
Drucksensoreinheit nach Anspruch 1, wobei das genannte fluorierte Polymer ein Polymer ist das aus einer thermisch härtbaren Perfluorpolyethylenharzzusammensetzung gebildet ist.
Drucksensoreinheit nach Anspruch 2, wobei die genannte thermisch härtbare Polyfluorpolyetherharzzusammensetzung umfasst (A) eine geradkettige Fluorpolyetherverbindung enthaltend eine Alkenylgruppe in jedem Molekül und mit einer Perfluorpolyetherstruktur in der Hauptkette, (B) eine fluorenthaltende organische Silikonverbindung enthaltend in jedem Molekül ein an ein Siliziumatom gebundenes Wasserstoffatom und (C) eine Platingruppeverbindung.