DE60022719T2

DE60022719T2 - Halbleiterdruckwandler mit Filter

Info

Publication number: DE60022719T2
Application number: DE60022719T
Authority: DE
Inventors: Slobodan Scottsdale Petrovic; Holly Jean Scottsdale Miller; David J. Monk
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2020-10-24
Also published as: DE60022719D1; EP1096243A3; US20020050170A1; JP2001165799A; EP1096243B1; EP1096243A2; US6453749B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Physikalische Sensorkomponenten, wie zum Beispiel Siliziumdrucksensoren können in Fahrzeug-, Industrie-, Elektrokonsumgütern und verschiedenen anderen Anwendungen verwendet werden. Um eine Verträglichkeit mit verschiedenen chemischen Umgebungen bereitzustellen, sind Kapseleinrichtungen beziehungsweise Encapsulant-Materialien ("encapsulants") verwendet worden, um den Siliziumdrucksensor zu schützen. Keines dieser Encapsulant-Materialien ist jedoch für korrodierende Lösungen vollkommen undurchlässig. Außerdem genügen die Encapsulant-Materialien nicht vollständig den strikten Verlässlichkeitsanforderungen der Kunden und die Encapsulant-Materialien gewährleisten außerdem nicht, dass die Siliziumdrucksensoren während ihrer erwarteten Lebensdauer voll funktionsfähig bleiben. Ein üblicher Fehlermechanismus für einen Siliziumdrucksensor, der über ein Encapsulant-Material nach dem Stand der Technik verfügt, um fasst eine Diffusion des korrodierenden Mittels, gefolgt von der Delaminierung des Encapsulant-Materials von dem Siliziumdrucksensor. Diese Delaminierung legt Teile des Sensors frei, die anschließend aufgrund des direkten Ausgesetztseins der chemischen Umgebungen korrodieren. Zusätzlich zu diesem üblichen Fehlermechanismus erzeugen die meisten der Encapsulant-Materialien mechanische Beeinträchtigungen der Leistung des Siliziumdrucksensors und diese mechanischen Beeinträchtigungen schränken die Verwendung des Sensors erheblich ein. 1 in der US-A-5,900,554 stellt einen Halbleiterdrucksensor mit einem Gel und einem Filter dar.
Folglich gibt es einen Bedarf an eine verbesserte physikalische Sensorkomponente, die einen wirksamen Korrosionsschutz zur Verfügung stellt, ohne dabei mechanische Beeinträchtigungen der Leistung der Komponente einzuführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine Querschnittsansicht einer physikalischen Sensorkomponente gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar; und
2 stellt eine Querschnittsansicht einer physikalischen Sensorkomponente gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Die vorliegende Erfindung wird durch eine Lektüre der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Abbildungen besser verstanden werden. Aus Gründen einer einfachen und klaren Darstellung sind die Elemente in den Abbildungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet und die selben Bezugszeichen in verschie denen Abbildungen bezeichnen die selben Elemente. Zusätzlich werden Beschreibungen und Einzelheiten gut bekannter Merkmale und Verarbeitungstechniken weggelassen, um die vorliegende Erfindung nicht unnötigerweise zu verschleiern.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine Querschnittsansicht einer physikalischen Sensorkomponente 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Komponente 100 umfasst eine Trägerstruktur oder ein Gehäuse 110. Das Gehäuse 110 umfasst einen Teil 111, der eine Vertiefung oder einen Hohlraum 112 in dem Gehäuse 110 definiert. Das Gehäuse 110 umfasst ein Material, das widerstandfähig oder passiv gegenüber der Umgebung ist, in der die Komponente 100 zu verwenden ist. In dieser Ausführungsform umfasst der Teil 111 ein elektrisch isolierendes Material, wie zum Beispiel ein Plastik. Das Gehäuse 110 umfasst außerdem die elektrischen Zuleitungen 113, die sich von dem Inneren des Hohlraumes 112 durch die Wände des Teils 111 erstrecken.
Die Komponente 100 umfasst außerdem ein physikalisches Sensorbauteil 120. Das Bauteil 120 ist vorzugsweise ein elektromechanisches Bauteil oder ein Umformer, wie zum Beispiel ein Drucksensor. Das Bauteil 120 umfasst einen physikalischen Messteil 121. In dieser Ausführungsform stellt der Teil 121 eine flexible Membran in dem Drucksensor dar. Das Bauteil 120 ist in dem Hohlraum 112 angeordnet und an dem Teil 111 des Gehäuses 110 befestigt. Es kann zum Beispiel ein Klebstoff 130 verwendet werden, um das Bauteil 120 physikalisch an den Teil 111 zu koppeln. Der Ausdruck "koppeln" wird, wie hierin verwendet, als im Sinne von me chanisch, magnetisch, elektrostatisch oder auf andere Weise direkt oder indirekt verbunden definiert. Das Bauteil 120 ist an die Zuleitungen 113 elektrisch gekoppelt. Es können zum Beispiel die Draht-Bonds 140 verwendet werden, um die elektrische Kopplung zur Verfügung zu stellen.
Die Komponente 100 kann außerdem einen Deckel 150 umfassen, der den Hohlraum 112 und das Gehäuse 110 bedeckt. Der Deckel 150 schützt das Bauteil 120 gegenüber der Umgebung außerhalb des Gehäuses 110, während er erlaubt, dass Druck aus der Umgebung durch den Deckel 150 in den Hohlraum 112 geführt wird. Dieser Druck in der Vertiefung 112 wird daraufhin durch das Bauteil 120 detektiert.
In dieser Ausführungsform ist der Deckel 150 dauerhaft oder starr an das Gehäuse 110 gekoppelt. In einer alternativen Ausführungsform kann der Deckel 150 jedoch durch einen anderen Deckel ersetzt werden, wenn der Deckel 150 während der Verwendung der Komponente 100 beschädigt wird. Der Deckel 150 wird durch einen Mechanismus 160 an das Gehäuse 110 befestigt oder gesichert, der zum Beispiel chemisch, mechanisch, magnetisch, mittels Ultraschall, hitzeverformend oder eine beliebige Kombination davon sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform stellt der Mechanismus 160 eine hermetische Abdichtung um den Umfang des Gehäuses 110 zur Verfügung. In dieser Ausführungsform kann der Mechanismus 160 einen Klebstoff, wie zum Beispiel ein Epoxydharz, umfassen.
Der Deckel 150 umfasst eine Öffnung ("port") 151 mit einem dem Hohlraum 112 aufliegenden Loch 152. An das Loch 152 angrenzend ist ein Filter 153 angeordnet, um eine Deckelanordnung zu bilden. Die Deckelanordnung ist über dem Hohlraum 112 angeordnet, um den Hohlraum (112) zu ver schließen. Das Filter 153 ist vorzugsweise starr an der Unterseite der Öffnung 151 gekoppelt, die in Richtung des Bauteils 120 und des Hohlraumes 112 weist. Das Filter 153 kann zum Beispiel mittels Ultraschall mit der Öffnung 151 verbunden sein. Der Deckel 150, das Filter 153 und der Mechanismus 160 sollten Materialien umfassen, die gegenüber der Umgebung, in der die Komponente 100 zu verwenden ist, beständig oder passiv sind.
Das Filter 153 ist vorzugsweise ein chemisch und physikalisch selektives Filter. In dieser Ausführungsform ist das Filter 153 durchlässig, um zu gestatten, dass der Druck in der Umgebung außerhalb des Hohlraumes 112 durch das Filter 153 und in den Hohlraum 112 und umgekehrt gelangt. In dieser Ausführungsform umfasst das Filter 153 außerdem ein polymeres Harz, das Fluor umfasst, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen. Außerdem ist das Filter 153 vorzugsweise chemisch so behandelt, dass es sowohl wasser- als auch ölabweisend ist. Mit diesen Merkmalen ist das Filter 153 in der Lage, Wasser und Öl daran zu hindern, in den Hohlraum 112 einzudringen. Das Filter 153 kann zum Beispiel von Donaldson Europe N. V. in Leuven, Belgien, kommerziell bezogen werden.
Komponenten nach dem Stand der Technik verkapseln ein druckempfindliches Bauteil typischerweise mit einem Gel nach dem Stand der Technik, das Druck überträgt, um den Schutz zur Verfügung zu stellen, den das Filter 153 bietet. Die druckempfindliche Einkapselung nach dem Stand der Technik führt jedoch ein Offset in der elektrischen Ausgabe des druckempfindlichen Bauteils ein. Außerdem können der Messbereichsumfang oder die Empfindlichkeit des Sensors und Temperaturkoeffizienten mit den Gelen nach dem Stand der Technik geändert werden. Diese Auswirkung auf die Ausgabe des Bauteils ist höchst unerwünscht, im Besonderen weil sie schwer kompensiert werden können. Die Komponente 100 löst das Problem nach dem Stand der Technik dadurch, dass sie das Filter 153 und den druckempfindlichen Teil 121 des Bauteils 120 trennt oder mit einem Abstand von einander anordnet, so dass das Filter 153 den Messteil 121 des Bauteils 120 nicht direkt physikalisch kontaktiert. Außerdem stellt der Deckel 150 in der bevorzugten Ausführungsform im Vergleich zu den Gelen nach dem Stand der Technik für das Bauteil 120 einen besseren Schutz gegenüber der Umgebung zur Verfügung und der Deckel 150 ist außerdem vielseitiger als Gele nach dem Stand der Technik, weil der Deckel 150 ersetzbar ist, während die Gele nach dem Stand der Technik nicht ersetzbar sind.
2 stellt, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Querschnittsansicht einer physikalischen Sensorkomponente 200 dar, die der Komponente 100 von 1 ähnelt. Neben anderen Merkmalen umfasst die Komponente 200 in 2 eine Passivierungsschicht 210 in dem Hohlraum 112. Die Schicht 210 ist zwischen dem Filter 153 und dem Bauteil 120 angeordnet. Die Schicht 210 bedeckt die metallischen Teile der Komponente 200 und stellt einen zusätzlichen Schutz für diese metallischen Teile der Komponente 200 gegen Korrosionen zur Verfügung, die aus der Umgebung außerhalb des Hohlraumes 112 resultieren, die versehentlich durch das Filter 153 und in den Hohlraum 112 passieren.
Die Schicht 210 kann dem Teil 121 des Bauteils 120 aufliegen, aber die Schicht 210 kann aufgrund des durch den Deckel 150 zur Verfügung gestellten zusätzlichen Schutzes dünner als die nach dem Stand der Technik verwendeten Encapsulant-Materialien sein. Auf diese Art und Weise wird das Problem des variablen Offsets in der Ausgabe des druckempfindlichen Bauteils nach dem Stand der Technik gemildert. In dieser Ausführungsform sollte die Schicht 210 aus einem flexiblen Material sein, um dem Bauteil 120 zu erlauben, den Druck durch die Schicht 210 wahrzunehmen. Zum Beispiel kann die Schicht 210 ein Dimethylsilizium, Fluorsilizium oder Fluorkohlenstoff-Gel oder einen Parylen-Film umfassen.
Daher wird eine verbesserte physikalische Sensorkomponente zur Verfügung gestellt, um die Nachteile nach dem Stand der Technik zu überwinden. Die hierin beschriebene Komponente wird durch eine Technik gegen Korrosion geschützt, die keine mechanischen Beeinträchtigungen der Leistung des Druckmessbauteils einführt. Dementsprechend verfügt das hierin beschriebene Bauteil hinsichtlich ihrer Anwendung über weniger Beschränkungen.

Claims

Physikalische Sensorkomponente, die umfasst: ein Gehäuse (110) mit einem Hohlraum (112); ein Drucksensorhalbleiterbauteil (120), das in dem Hohlraum des Gehäuses befestigt ist; und ein Filter (153), das über dem Hohlraum des Gehäuses liegt und von dem Drucksensor getrennt angeordnet ist; da durch gekennzeichnet, dass: das Gehäuse einen abnehmbaren Deckel (151) hat, der gegenüber einem restlichen Teil des Gehäuses hermetisch abgedichtet ist; und das Filter (153) durchlässig und chemisch behandelt ist, so dass es sowohl wasser- als auch ölabweisend ist, um zu verhindern, dass weder Wasser noch Öl, das sich außerhalb des Gehäuses befindet, in den Hohlraum eintritt, wobei das Filter des Drucksensorhalbleiterbauteils erlaubt, in dem Hohlraum Druck ohne Verwendung eines Gels in dem Hohlraum zu erfassen.
Physikalische Sensorkomponente gemäß Anspruch 1, wobei das Filter (153) weiter dadurch gekennzeichnet ist, das es mittels Ultraschall an dem abnehmbaren Deckel befestigt ist.
Physikalische Sensorkomponente gemäß Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (153) ein polymeres Harz umfasst, das durch Fluor gekennzeichnet ist.
Physikalische Sensorkomponente gemäß Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (153) durch Entfernen des abnehmbaren Deckels ersetzbar ist.
Physikalische Sensorkomponente gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als ein Übertragungsmittel in dem Hohlraum ausschließlich Luft verwendet.
Physikalische Sensorkomponente gemäß Anspruch 1, weiterhin durch eine Passivierungsschicht (210) zwischen dem physikalischen Halbleitersensorbauteil und dem Filter (153) gekennzeichnet.