JP2017516989A - ２つのセンサ機能を備えたセンサ構造素子 - Google Patents

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Abstract

センサ構造素子であって、それぞれ１つのセンサ機能のための、第１および第２センサ素子（ＳＥ１、ＳＥ２）を備えたセンサ構造素子を提案するが、このセンサ構造素子では、底面部材（ＢＥ）と、枠形状の壁部材（ＷＥ）と、蓋（ＤＥ）とが共になって、筐体の中空空間（ＣＶ）を取り囲んでいる。第１センサ素子（ＳＥ１）がＭＥＭＳセンサであり、中空空間の内側で、筐体の底面部材に取り付けられている。第２センサ素子（ＳＥ２）は、ＡＳＩＣとして、能動センサ面（ＳＡ）を備えて形成されていて、かつ、蓋の上または下に取り付けられていて、または、蓋中に埋め込まれている。第１および第２センサ素子用の電気外側接点（ＡＫ）が、筐体の外側面に設けられている。中空空間が、少なくとも１つの開口（ＯＥ）またはブシュ（ＤＦ）を有する。

Description

例えば、周辺の空気の圧力および湿度を検出するための超小型電子センサは、従来、別々の部品としてのみ公知である。一般的には、圧力計測のためには、ＭＥＭＳチップが役立ち、このチップ上でピエゾ抵抗が、膜のたわみを、参照体積を介して検出する。
相対的な空気湿度の計測は、しばしば、ポリマーが誘電体としてコンデンサ中で採用され、この誘電特性が保水時に変化することにより行われる。この変化は、その後空気湿度の関数として評価される。
温度の計測は、しばしば、ＮＴＣサーミスタ特性またはＰＴＣサーミスタ特性を有しうる抵抗センサを用いて行われる。これ以外の温度センサは、共振回路の温度に依存する共振を利用し、または温度に依存するこれ以外の任意の物理的値、好ましくは電気的値を利用する。
同じ時点ないし同じ場所で複数のセンサの情報が必要である応用も存在する。圧力、空気湿度および妥当な場合には温度を同時に測定することは、例えば、現時点での天気の検出のため、天気予報のため、空気の質の検出のため、または、技術的に、例えば、磁気ヘッドの距離を安定化させる目的で、非常に大容量のハードディスク中の空気密度を測定するために必要である。
したがって、本発明の課題は、コスト効率良く複数のセンサ機能が利用可能であるセンサ構造素子を示すことである。さらなる課題は、センサ素子を、および場合によっては必要な評価回路を収容するための最小のサイズの筐体を示すことにある。
この課題は、本発明によれば請求項１に記載のセンサ構造素子により達成される。有利な構成は、さらなる請求項から読み取り可能である。
本発明のセンサ構造素子は、第１センサ素子を具備するが、この第１センサ素子は、ＭＥＭＳセンサとして、例えば、チップとして設計されて形成されている。通常応力に敏感なＭＥＭＳセンサは、機械的張力から切り離されて、筐体の空洞により形成された中空空間中に配置されている。
第２センサ素子は、ＡＳＩＣとして、すなわち、集積回路と能動センサ面とを備えたチップとして形成されている。第２センサ素子は、蓋の上、中または下に配置されていて、これにより、筐体空洞すなわちセンサ構造素子用の中空空間が閉鎖されている。
センサ構造素子は、電気外側接点を有し、これらは筐体の外側面に配置されている。筐体自体は、底面部材と、枠形状で形成された壁部材と、蓋とを有し、これらが、共になって上述の中空空間全体を取り囲む。
筐体中でセンサ機能を可能にするために、筐体内に配置されている第１センサ素子から、および、妥当な場合には第２センサ素子からも周辺の空気へのアクセスが必要である。そのために、中空空間ないし筐体は、蓋、底面または壁部材中に少なくとも１つの開口を有する。
双方のセンサ素子が空間的に非常に近くにあることにより、双方のセンサ機能、すなわち、双方の物理的パラメータの測定は、同じ場所で行われうる。この点は、とりわけ、計測値が互いに依存性を有する特定のパラメータの組み合わせにとって有利であり、その結果、計測は、空間的および時間的に短い間隔で、近くに隣接するセンサ素子を用いて精確に行うことが可能になる。
筐体の内側にまたは筐体に接する位置に双方のセンサ素子を配置することにより、死容積がわずかしか発生せず、その結果、双方のセンサ素子の応答時間が確実に短くなる。さらに第２センサ素子用の筐体を節約できるので、双方のセンサ機能が、最小の外側寸法を有するセンサ構造素子によって利用可能にもなる。
本発明のある実施形態では、ＭＥＭＳセンサが、張力なしにバネ接点部材上に取り付けられていて、このバネ接点部材は、一方では、ＭＥＭＳセンサの接触面を、底面部材の内側面上にある内側接続部と接続し、他方では、張力なしに筐体の内側にＭＥＭＳセンサを取り付けることが可能になる。さらに、弾性をもって引っ掛けることにより、ＭＥＭＳセンサは、機械的な負荷に対して、例えば衝撃に対して良好に保護されている。迅速なまたは激しい温度変化もバネ接点部材により相殺可能で、その結果、ＭＥＭＳセンサは、外気温に依存せず、誤りなしに動作可能となる。したがって、応力の問題は、この瞬間に達成可能なセンサ分解能が、ナノメータ以下の範囲での膜の歪みに相当するという理由のみがゆえに顧慮すべきである。例えば弾力性のない基板上でのバンプ接続の場合に得られるように、過剰に弾力性のない取り付けでは、はんだバンプを介して、例えば柔らかい接着剤およびワイヤボンディング接続部を介した場合よりも、ずっと大きい力がセンサチップとして形成されたセンサ素子に伝えられる。これにより、ＭＥＭＳチップが、張力に対して敏感に反応する。これが本発明では回避される。
バネ接点部材は、長い板バネとして形成可能であり、これは、その一端で、筐体底面に、他端でこの底面から離れてＭＥＭＳセンサと接続されている。このバネ接点部材は、一度または複数回、角度をつけられ、曲げられ、または螺旋形状でも形成可能である。
センサ構造素子は、少なくとも１つのＡＳＩＣを有し、これは、第２センサ素子のセンサ機能を支援し、出力値を生成する。第２センサは、完全にまたはＡＳＩＣ上または中に実現可能である。その後、ＡＳＩＣは、この場合、大きさの比率に応じて、任意選択的に蓋または底面側に格納可能である。
ＡＳＩＣは、とりわけフリップチップ技術で取り付けられている。ある構成では、このＡＳＩＣは、第１センサ素子のセンサ機能を支援するためにも利用可能で、この素子のためにも出力値を生成可能である。半導体構造素子の内側に集積することにより、センサ構造素子のために必要な体積をさらに最小限にすることができる。双方のセンサ素子のために１つの半導体構造素子のみを使用する場合、すなわち１つのＡＳＩＣのみを使用する場合、ＡＳＩＣの様々な回路を、双方のセンサ素子のために共通に利用可能である。これにより、さらなる相乗効果が生じる。
ある実施形態では、第１センサ素子がＭＥＭＳ圧力センサとして形成されている。
本発明のある実施形態では、第２センサ素子は湿度センサとして形成されている
本発明のある実施形態では、第２センサ素子は温度センサとして形成されている。
本発明のさらなる実施形態では、第２センサ素子が、湿度および温度をほぼ同時に測定するように形成されている。その場合、センサ構造素子は３つのセンサ機能を有し、３つのパラメータについての相応の計測値を並列的に供給することができる。これらの双方の機能は、１つの共通の能動センサ面上で実現され、この場合、このセンサ面上で、妥当な場合には、２つの独立した計測素子が、２つのセンサ機能のために形成されていて、これらは、例えば、温度を測定するための抵抗路と、コンデンサ（これは、このコンデンサの誘電体として利用される材料の、湿度に依存する誘電定数を測定する）とである。温度センサは、半導体効果をベースにした温度センサも可能で、したがって、ＡＳＩＣの内側の表面下に実現可能である。
圧力および湿度の双方のパラメータを精確に計測するために、第１センサ素子の近くでの精確な温度計測も必須であり、これは、集積されているがゆえに、一度実現されるのみで良い。
ある好適な実施形態では、筐体の蓋は導体基板として形成されていて、この中に、集積された相互接続部が実現されている。相互接続部は、第２センサ素子と接続されている。ＡＳＩＣは、さらに底面部材の下面にある外側接点と接続されている。この電気的接続は、導体基板を介して行われ、その後、壁部材の内側で伸び、最後に底面部材を貫通して電気外側接点へと導かれる。
電気接続は、異なる筐体部品中で予め製造されていて、個々の部品を取り付ける際にないし筐体の中空空間を閉じる際に、電気的に互いに接触される。この接触は、はんだ付けにより行われうる。しかし、この電気的および機械的接続を、導電性接着剤の使用により生成することも可能である。
ある実施形態では、センサ構造素子は、上方に配置されている蓋中に開口を有する。第２センサ素子の能動センサ面は、この開口の下方で配置されていて、その結果、能動センサ面は、自由でほぼ妨げられることなく周辺の空気へアクセスする。この点は、第２センサ素子が、現時点でのないし正確な計測値を供給するために、特に良好で迅速な空気交換を頼っているので、有利である。
ある実施形態では、蓋の開口が、下からないし内側から閉鎖されるように、第２センサ素子が配置され、取り付けられている。これは、第２センサ素子が接着剤を用いて下から蓋上に接着されていることにより行われうる。第２センサ素子を、下方で蓋に対して距離をとって固定し、続いて、第２センサ素子の上面と蓋の下面との間の空間を、少なくとも第２センサ素子の縁に沿って、アンダーフィルを充填しおよび密閉することも可能である。
第２センサ素子と蓋との間の間隔は、例えば電気的な接続素子を介して生成可能であり、これは、バンプまたははんだ接合部として形成されている。双方の場合で、密閉部、したがって、接着剤またはアンダーフィルは、能動センサ面にはこれらが付着しないであり続けるように、塗布されている。液体状で加工可能なアンダーフィルの場合は、この点は、アンダーフィルが、毛細管力により蓋と第２センサ素子との間の中間空間中に拡散されるが、開口の下方では、すなわち能動センサ面の上方では存在しないように塗布され、その結果、確実に能動センサ面にはアンダーフィルが付着しないであり続けうる。接着剤を使用する場合には、接着剤が構造化されてＡＳＩＣないし第２センサ素子上に塗布される。接着剤を蓋の下面に塗布することも可能である。
接着の場合には、ＡＳＩＣと導体基板との電気接続は、ボンディングワイヤにより製造される。電気的な異方性を有する導電性接着剤を採用することも可能であり、この接着剤は最も短い路で接着剤層を通って垂直にのみ電気を通すことが可能である。
ある実施形態では、筐体はブシュを有し、このブシュが、筐体の内側ないし中空空間を、筐体の外側の周辺と接続する。これにより、ＭＥＭＳセンサが周辺と確実に直接接続することができる。均圧は、小さい開口において、および、内側空間であるにもかかわらず、非常に迅速に行われる。周辺へのアクセスにより、センサ構造素子の周辺における物理的なパラメータの測定も、中空空間の内側での測定により可能になる。
有利であるのは、圧力センサとして形成された第１センサ素子が、適切な保護方策（例えば、長く薄い管の形態での開口の形成、間に配置されている膜または疎水性のフィルターなど）を備えて、センサ構造素子の周辺で、湿度から保護されている場合である。このために、相対的に流動断面が小さい場合でも、および、上述の素子の追加的な流動抵抗がある場合でも、均圧が十分に迅速に行われうることは非常に合っている。
ブシュは、筐体の蓋、底面部材または壁部材を通って導かれる孔でありえる。
ある実施形態では、蓋と壁部材との間にブシュが形成され、これによって周辺との空気交換、および、したがって中空空間の内部での周辺パラメータの測定がすでに可能になるように、蓋は、壁部材上に距離をとって固定されている。
本発明のある実施形態では、開口を１つのみまたはブシュを１つのみ設け、このブシュを介して、双方のセンサ素子が筐体の周辺と接続されていることが可能である。
本発明のある実施形態では、底面部材も同様に導体基板として形成されている。この導体基板は、内側に置かれた金属部面を少なくとも１つ有し、この金属部面が、ヴィアを介して、底面部材の内側にある内側接続面と、および、底面部材の下面にある電気外側接点と接続されている。
ある実施形態では、第２センサ素子は、蓋の下面に取り付けられていて、箔でもって蓋の方に向かって密閉されている。この箔は、この場合、内側から見ると第２センサ素子の上方に塗布されていて、第２センサ素子の周囲を全面で蓋と共に断絶する。
ある実施形態では、筐体は開口を有し、この開口は、第２センサ素子の上方で、蓋を通って導かれている。第２センサ素子は、下方で蓋に対して、これに対して距離をとって取り付けられていて、例えば、はんだ接点を介して取り付けられていて、その結果、蓋と第２センサ素子との間の間隙は維持される。この間隙を介して、中空空間への空気の流入が起こり、これにより、第２センサ素子への空気の流入も起こり、これにより、第１センサ機能のためのさらなる開口またはブシュが余分になる。逆に、ブシュが、第１センサ素子の領域で、とりわけ底面部材を通って設けられ、このようにして、第１および第２センサ素子についての、筐体の内側への共通の空気流入を形成することも可能である。
第１センサ素子も、従来の方法で底面部材に固定可能であり、例えば、例えばフリップチップ設計での直接的なはんだ付けにより固定可能である、第１センサ素子を、内側で底面部材上に接着し、ボンディングワイヤを用いて、底面部材の相応の内側接続面と接続することも可能である。
開口を第２センサ素子の上方に設けることも可能であり、この開口は、内側空間に対して密閉されていて、追加的に、蓋を通る１つの開口を第１センサ素子用に第２センサ素子の横で設ける。これにより、双方のセンサ素子の湿度に対する異なる感度を、それぞれに依存せず正当に評価することが可能となる。このようにして、第２センサ素子について、外気に対して可能な限り露出するアクセスを生じさせることができ、迅速で、歪みのない空気湿度の計測が可能になる。圧力センサないし第１センサ素子は、逆に、上ですでに例示的に説明した方策を用いて、湿度に対して保護可能である。
さらなる実施形態では、第２センサ素子が蓋中に埋め込まれていて、これは、例えばラミネートにより行われることができ、第２センサ素子は、この場合、ラミネート層のうちの１つと共にラミネートされる。能動センサ面への開口は、後の時点で形成されるか、または、構造化されたラミネート箔の形態として、予め空けられている。
蓋中に統合された第２センサ素子への開口は、下からないし中空空間から設けられうる。しかし、この開口を上方に向かって直接周辺に対して設けることも可能である。
個々の筐体部品は、互いに依存せず様々な材料から製造可能である。好適であるのは、導体基板の製造にも採用される材料、とりわけ有機ラミネートまたはセラミック製の多層構造素子である。底面部材および壁部材は、１つにまとめて製造可能である。しかし、底面部材および壁部材を切り離して製造し、これに続いて初めて、互いに電気的および機械的に接続することも可能である。蓋部材は、好ましくは別に製造される。
筐体部品の生産は、好ましくは多面取りプリントパネルで行われうるが、この際、複数の筐体部品を、大面積の加工品から並列的に加工可能である。可能であるのは、例えば、複数の底面部材および好ましくは壁部材も、大面積の第１加工品上で実現し、第２加工品上に対応する蓋を並列的に予め製造する。双方の加工品上に、その後、それぞれセンサ素子を相応の箇所に載置し、または、この中にラミネートして入れ、そして電気的に接触させる。続いて、双方の加工品を、電気的および機械的に互いに接続し、妥当な場合には密閉する。
続いて、双方の加工品により接続されたセンサ構造素子を個々に分ける。これは、例えば鋸切断によりまたはこれ以外の各切り離し方法により行われうる。好ましくは少なくとも１つの加工品中に予め作られた切り取り線を生成可能で、この箇所で、加工品が、それぞれ他方の加工品と接続される前に、すでに少なくとも部分的に切り離され、その結果、個々に分ける工程がより確実に行われうるようにする。
あるいは、すでに個々に分けられ、および妥当な場合には機能を試験した蓋を、まだ結合状態にある底面部材上に載置することができる。個々に分けるのは、製造が完成した後である。この方法の利点は、個々に分けられた際には中空空間がすでに閉じているという点である。
以下に、本発明を、実施形態およびこれに関連する図に基づいて、より詳細に説明する。これらの図は、少なくとも部分的に概略図であるのみで、正確な尺度で説明されているのではなく、絶対的な尺度でも相対的な尺度でも読み取ることはできない。個々の部分は、明瞭であるように、拡大提示の可能性がある。等しい部分または作用が等しい部分には同じ参照符号が付されている。等しい部分または作用が等しい部分が実際に変更されることなく、したがって、複数の図中で明確に認識可能に存在している場合、参照符号は、記された部分が最初に現れた１つまたは複数の図から読み取り可能である。より良くわかるように、合致する参照符号は省略している場合がある。
壁部材と底面部材とからなる結合体上に蓋を載置する前のセンサ構造素子の概略断面図である。 本発明のセンサ構造素子の９つの実施形態のうちの１つの概略断面図である。 本発明のセンサ構造素子の９つの実施形態のうちの１つの概略断面図である。 本発明のセンサ構造素子の９つの実施形態のうちの１つの概略断面図である。 本発明のセンサ構造素子の９つの実施形態のうちの１つの概略断面図である。 本発明のセンサ構造素子の９つの実施形態のうちの１つの概略断面図である。 本発明のセンサ構造素子の９つの実施形態のうちの１つの概略断面図である。 本発明のセンサ構造素子の９つの実施形態のうちの１つの概略断面図である。 本発明のセンサ構造素子の９つの実施形態のうちの１つの概略断面図である。 本発明のセンサ構造素子の９つの実施形態のうちの１つの概略断面図である。 多面取りプリントパネル中で生産される蓋の可能な構造化を示した図である。 センサ構造素子の生産ならびに底面部材および蓋についての各多面取りプリントパネルを示した概略断面図である。
図１は、本発明のセンサ構造素子の生産時における概略断面図である。筐体は、３つの部品を有し、すなわち、平坦に形成された底面部材ＢＥと、枠形状で形成された壁部材ＷＥと、これも同様に平坦な蓋ＤＥとを有する。壁部材ＷＥは、好ましくは底面部材ＢＥまたは蓋ＤＥと１つにまとめて製造されている。この図中、壁部材ＷＥは、底面部材と固定接続されていて、これと１つにまとめて製造可能であり、または、後の時点で底面部材ＢＥ上に塗布可能である。しかし、壁部材を、蓋ＤＥと共に１つにまとめて製造することも可能である。
この図中、底面部材ＢＥと壁部材ＷＥとは、くぼみを形成し、これらの底面上の内側に、第１センサ素子ＳＥ１が取り付けられている。第１センサ素子ＳＥ１と、底面部材ＢＥないしその内側電気接続面との間の電気的および機械的接続は、バネ接点部材ＦＫＥを介して行われる。これらのバネ接点部材は、長く伸びた板バネとして形成されていて、一端は底面部材ＢＥ上に載置されていて、他端は第１センサ素子ＳＥ１の接触面と接続されている。
底面部材ＢＥの内側接続面は、平坦な金属部として実施可能である。しかし、ヴィアＤＫを用いることも可能で、その端面上に直接、バネ接点部材ＦＫＥを導電接着または例えばはんだ付けすることもできる。バネ接点部材ＦＫＥと第１センサ素子ＳＥ１の接触面との間の接続も、はんだ接合、例えばバンプを介して行われる。
バネ接点部材ＦＫＥは、アディティブプロセス（例えば、リソグラフィおよび電気メッキを用いて）で、直接その場で構造化することもできる。
底面部材ＢＥの内側では、少なくとも１つの埋め込まれた金属部面が設けられていて、これは構造化されていて、したがって配線面ＣＬを示している。配線面ＣＬは、ヴィアＤＫを介して、底面部材ＢＥの上面上にある筐体の内側接続面と、底面部材ＢＥの下面に塗布された外側接点ＡＫと、および、壁部材ＷＥの内側にある配線ＶＬと接続されている。
蓋ＤＥも同様に少なくとも１つの配線面ＣＬを有する。この配線面は、ヴィアＤＫを介して、蓋の下面に配置されている接触面と接続されている。
ここおよび以下では、上および下、または、下面および上面などの概念を用いる場合、これは、図面中で提示された配置にのみ関連し、センサ構造素子の機能に関しては何ら関連せず、同様に回路環境中での後の配置に関しては何ら関連しない。下にある外側接点ＡＫは、例えば、導体基板「上」にセンサ構造素子を取り付けるのに適している。
蓋ＤＥの下面上には、第２センサ素子ＳＥ２が取り付けられていて、これは、蓋と導電接続されている。このために、このセンサ素子は、例えばはんだ接合を用いて、内側接続面上、または、蓋ＤＥの内側にあり、内側で合流するヴィア上にはんだ付けされている。したがって、第２センサ素子ＳＥ２は、電気的および機械的に蓋ＤＥと接続されている。配線面および妥当な場合にはさらなるヴィアを介して、第２センサ素子ＳＥ２は、壁部材ＷＥの内側にある配線ＶＬと接続可能である。さらに、図示したように、壁部材ＷＥと接続するために、蓋の下面に、相応のはんだ付着物を設けることができる。
第２センサ素子ＳＥ２と蓋ＤＥの下面との間の間隙には、アンダーフィルＵＦが充填されているが、これは、例えば液体として塗布可能な樹脂である。アンダーフィルＵＦの拡散が可能になるように、好ましくは毛細管力が、第２センサ素子ＳＥ２と蓋ＤＥとの間の間隙の内側で活用される。
蓋ＤＥを貫通して開口が設けられていて、その下に第２センサ素子ＳＥ２の表面が露出している。この領域中に能動センサ面ＳＡが配置されていて、この能動センサ面は、したがって開口ＯＥを介して、センサ構造素子の内側で優勢である大気と接続している。
開口ＯＥは、好ましくは、第２センサ素子ＳＥ２を蓋ＤＥ上に取り付ける前に予め製造されているが、しかし、第２センサ素子ＳＥ２を蓋ＤＥ上に取り付けた後に生成することも可能である。いずれにせよ、開口ＯＥは、アンダーフィルＵＦを入れる前に完成し、その結果、開口ＯＥの領域中で毛細管力が欠如しているので、能動センサ面ＳＡがアンダーフィルＯＦにより覆われないままになるのに役立つ。
図２は、図１では分かれて提示されている部分について、蓋ＤＥが壁部材ＷＥと接続した後の状態を示す。電気的および機械的な接続は、はんだ箇所ＳＣを介して行われ、その結果、第２センサ素子ＳＥ２は、相応の配線ＶＬを介して外側接点ＡＫと接続されている。配線ＶＬを介して、第１センサ素子ＳＥ１も第２センサ素子ＳＥ２と接続可能である。これは、とりわけ第２センサ素子ＳＥ２がＡＳＩＣを具備し、このＡＳＩＣが第１センサ素子ＳＥ１のためにもセンサ機能を担い、ないし、検出された計測値の評価、および、出力信号の生成を担う場合に有利である。
蓋ＤＥを壁部材ＷＥ上に取り付けた後に、蓋と壁部材との間の間隙もアンダーフィルＵＦで充填され、この場合も、蓋ＤＥと壁部材ＷＥとの間の毛細管力が、アンダーフィルＵＦの拡散に役立つ。密閉により、筐体の内側に中空空間ＣＶが取り囲まれる。第１センサ素子ＳＥ１の下方にある底面部材ＢＥ中のブシュＤＦのみが、中空空間ＣＶをセンサ構造素子の外側環境と接続するために役立つ。このブシュを介して、空気交換および圧力交換を行うことができ、これにより、第１センサ素子ＳＥ１が、外側環境の相応のパラメータを計測できる。
図３は、本発明の第２実施形態の概略断面図である。図１および図２で示した第１実施形態とは異なり、この場合、第２センサ素子ＳＥ２は、蓋ＤＥに対してアンダーフィルＵＦで密閉されていない。むしろ、第２センサ素子ＳＥ２は、蓋ＤＥの内側に取り付けられた後に、保護箔ＳＦにより蓋ＤＥの方に向かって密閉されている。保護箔は、第２センサ素子ＳＥ２全体を下から取り囲み、蓋ＤＥの方に向かって密閉する。このようにして、蓋ＤＥ中の開口ＯＥを介して、蓋ＤＥと壁部材ＷＥと底面部材ＢＥとの間にある中空空間ＣＶとの空気交換が行われえない。中空空間ＣＶへの唯一のアクセスは、これまで同様、第１センサ素子ＳＥ１の下方にある底面部材ＢＥ中のブシュＤＦを介して行われる。
図４は、第４実施形態の概略断面図である。第２および第３実施形態とは異なり、この場合には、中空空間ＣＶは、蓋ＤＥと第２センサ素子ＳＥ２との間の間隙ＧＰを介して開口を通って外気と接続されている。開口ＯＥは、中空空間の外側に対する唯一の接続を行い、その結果、これを介して、空気交換、ひいては均圧が行われ、これにより、外気の相応のパラメータの測定が可能になる。第１センサ素子用のさらなるブシュは、ここでは設けられていない。
図５は、第４実施形態の概略断面図であり、これは、双方のセンサ素子ＳＥ１、ＳＥ２の取り付け方が異なる点が際立っている。この例では、１つのセンサ素子、好ましくは図示したように双方のセンサ素子が、それぞれ接着剤層ＫＳ１、ＫＳ２を用いた接着により、底面部材ＢＥないし蓋ＤＥに接続されている。接着剤層は、機械的な固定のためにのみ機能する。センサ素子と配線面との、したがって外側接点との間の電気的接続は、ボンディングワイヤＢＷを介して行われ、ボンディングワイヤが、例えば第１センサ素子ＳＥ１の上方を向く接触面を底面部材ＢＥの内側接続面と接続し、ないし、第２センサ素子ＳＥ２の下方を向く接触面を蓋ＤＥの下方を向く接続面と接続する。
底面部材中では、ブシュＤＦが第１センサ素子ＳＥ２の横で取り付けられ、このブシュが、中空空間ＣＶへの接続を行っている。外気へのさらなる接続、とりわけ第２センサ素子ＳＥ２用のさらなる接続は設けられていない。この実施形態では、第２センサ素子の能動センサ面ＳＡは、下方向を向いている。これにより、双方のセンサ素子ＳＥは、同じ空気空間にアクセスし、この空間内にある異なるパラメータを測定する。
図６は、センサ構造素子の第５実施形態の概略断面図である。図１および２で示した第１実施形態とは異なり、この場合、第２センサ素子ＳＥ２は、蓋ＤＥの内側に埋め込まれていて、上方を向いた開口のみを通じて、蓋ＤＥの上面ないし外気と接続されている。下方を向いた、蓋ＤＥの最も下方の層は、第２センサ素子ＳＥ２を中空空間ＣＶに対して隔離する。この場合、中空空間中へブシュＤＦが設けられていて、これは、この図６中では蓋ＤＥを通って導かれている。しかし、ブシュＤＦが底面部材を通って導かれることも可能である。
図７は、第６実施形態の概略断面図であるが、この場合、第２センサ素子ＳＥ２は、第５実施形態と同様に、これも蓋ＤＥ中に沈められている。前の実施形態とは異なり、開口ＯＥは下方向を向いていて、その結果、能動センサ面ＳＡは、開口ＯＥにより、筐体の内側の中空空間ＣＶと接続されている。中空空間ＣＶは、底面部材ＢＥを通るブシュＤＦを介して外気と接続されていて、その結果、中空空間ＣＶ内で測定されるべきパラメータは、第１および第２センサ素子を介して検出可能になる。
以下の図８〜１１中では、圧力／湿度センサないし圧力／温度センサのセンサ組み合わせについて、このような異なる２つのセンサに対してそれぞれ最適な前提条件を提供する筐体について説明する。底面側では、空洞と、応力を切り離すバネ構造とが、圧力センサを応力から保護する。測定量「圧力」について独自にアクセス可能なので、圧力センサを別途湿度から保護することが可能になる。蓋側に配置されていて基板中に埋め込まれている湿度センサは、逆に、最適に露出した計測面を提供する。測定量「空気湿度」へのアクセスは、この際、測定量「圧力」へのアクセスに対向する筐体外側面に配置されている。
図８は、第７実施形態の概略断面図である。この実施形態は、実質的に図６中に提示された第５実施形態と等しいが、蓋ＤＥと壁部材ＷＥとの間で、密閉を行うアンダーフィルが設けられていない点が異なっている。中空空間ＣＶを密閉するために、この代わりに、蓋ＤＥと壁部材ＷＥとの間に密閉リングＳＲが設けられていて、この密閉リングが、蓋ＤＥないし壁部材ＷＥの縁領域に配置されていて、中空空間ＣＶを完全に密閉する。第１センサ素子ＳＥ１ないし中空空間ＣＶと、外気との接続は、ブシュＤＦを介して行われ、このブシュは、この場合は蓋ＤＥ中に設けられているが、同様に底面部材ＢＥ中に設けられていることも可能である。
さらに、ここで提示された密閉リングＳＲを、別の実施形態中に代替的に採用することも可能である。
図９は、第８実施形態の概略断面図である。この実施形態は、図７中で提示された第６実施形態に類似するように形成されているが、ここでも蓋ＤＥと壁部材ＷＥとの間でのアンダーフィルＵＦが省かれている点が異なっている。これにより、筐体の内側にある中空空間ＣＶは密閉されないままで、その結果、蓋ＤＥと壁部材ＷＥとの間、および、はんだ箇所間で貫通する相応の間隙ＧＰが、中空空間への接続を維持し、これが、第１および第２センサ素子ＳＥ１、ＳＥ２と外気とを接続する。さらなる開口またはブシュは必要ではない。
図１０は、第９実施形態の概略断面図である。この場合、第２センサ素子ＳＥ２は、蓋ＤＥの内側に埋め込まれていて、外気と、上方向に導かれた開口ＯＥと接続されている。中空空間ＣＶは、第１センサ素子ＳＥ１の下方にあるブシュＤＦを介して外気と接続されている。これ以外の箇所では、中空空間は、アンダーフィルＵＦまたはこれ以外の上述の方策により密閉されている。
本発明のセンサ構造素子を単純に生産するために、多面取りプリントパネルでの作業が可能である。この多面取りプリントパネルは、とりわけ底面部材ＢＥに向いている。このために、より大きな加工品中で、底面部材ＢＥを、相応の壁部材ＷＥと接続し、その結果、後に個々の構造素子になる規則的な格子が、共通の多面取りプリントパネル上に生じる。底面部材ＢＥおよび壁部材ＷＥは、図１に基づいておよび第１実施形態で説明したように、その後さらに加工される。底面部材および壁部材を備えた多面取りプリントパネル上に、ここで、個々の蓋ＤＥが個々の構造素子用に載置されうる。しかし、蓋ＤＥを多面取りプリントパネルとして実施し、大きな平坦なユニットとして、底面と壁部材とを備えた第１多面取りプリントパネル上に載置することも可能である。
蓋ＤＥ用の多面取りプリントパネルも、個々の蓋のように完全に加工されていて、第２センサ素子ＳＥ２を装備している。これは、図１１の実施形態中に提示されているように、蓋ＤＥの下方に取り付け可能である。しかし、蓋用の多面取りプリントパネルを用いて、その中に第２センサ素子を統合することも可能である。
蓋ＤＥ用の多面取りプリントパネルを載置した後に、個々の構造素子の中空空間を、１つの工程で（例えば、アンダーフィルを塗布することにより）密閉可能である。これは、この場合も、蓋用の多面取りプリントパネルと、壁部材および底面部材用の多面取りプリントパネルとの間の接合間隙中の毛細管力を活用することにより行われうる。このために、蓋中の少なくとも１つの箇所において、好ましくは個々の構造素子用のそれぞれ２つの隣接する蓋間の領域中で、この間隙へのアクセスが行われるが、これは、例えば、蓋を貫通する穿孔または鋸切断により行われる。
アンダーフィルの塗布は、蓋用の多面取りプリントパネルにより、アンダーフィルをより単純に拡散することができる場合に、より容易になる。図１２中では、蓋用の多面取りプリントパネルの構造化の１例を提示するが、これは、図１１の断面図に相当する。このために、蓋と壁部材との間の水平方向の間隙ＧＰは、上方から、それぞれ２つの行の間、および、それぞれ２つの列の間にある切り取り線ＴＬに沿って、適切な方法（例えば、鋸切断、エッチングまたはレーザ構造化）により開かれる。この間隙が開かれるや否や、構造化用の終点がこの間隙により与えられるので、鋸切断方法が適している。垂直方向の切り取り線ＴＬと、水平方向の切り取り線ＴＬとが交差する交点ＫＰでは、蓋用の多面取りプリントパネル中に、大面積の切り欠きが設けられていて、この中に、アンダーフィルを、分散またはピン転写により単純に入れることが可能である。その後、第２センサ素子と蓋とが重複し、かつ、相応の毛細管作用を引き起こしうる狭い間隙でのみ切り離されている領域中で、アンダーフィルが毛細管力により拡散する。
図１２中では、毛細管作用が生じる重複面が、蓋中の開口ＯＥを除いた第２センサ素子ＳＥ２の上方表面と一致する点線で取り囲まれた面と一致し、この開口中でセンサ素子の上面は露出していて、間隙が欠如しているがゆえに、毛細管力も作用しない。
多面取りプリントパネル中の全てのセンサ構造素子の中空空間ＣＶを密閉した後、および、アンダーフィルを硬化させた後に、多面取りプリントパネルから分離することにより、個々のセンサ構造素子を個々に分ける。これも同様に、切り取り線に沿った切断、フライス盤での切削、レーザ切断または鋸切断により行われうる。
多面取りプリントパネルを用いたセンサ構造素子の製造方法を、１つの実施形態に関してのみ提示したが、大概の実施形態も同様に多面取りプリントパネル中で実施するのに適している。これにより、顕著に方法が容易になることに繋がるので、多面取りプリントパネル中で作業することは、センサ構造素子の生産にとっては好適である。
この方法では、個々の構造素子用に示された好都合の順序で実施される個々の工程を、多面取りプリントパネル中で別の順序で実施する点も有利でありうる。例えば、開口およびブシュを、ある後の工程で初めて入れることが可能である。これに並列的に、蓋用の多面取りプリントパネル中での切り取り線ＴＬに沿って、切り取り線を予め作成、かつ、例えばこれに加えて蓋用の多面取りプリントパネル中にトレンチを生成して、これが蓋を完全には貫通しないようにすることも可能であり、その結果、この蓋が、まだまとまった構造物として、すなわち多面取りプリントパネルとして、底面部材および壁部材用の多面取りプリントパネル上に載せられうる。これにより、とりわけ間隙を開くのが容易になるが、この理由は、このために、材料を少なく塗布可能であり、アンダーフィルを入れる前に粒子または気体が中空空間中に侵入することが回避可能であるからである。
図中に提示された実施形態および実装例は、部分的に、わずかな詳細のみが異なっている。しかし、本発明は、提示された詳細の組み合わせには限定されない。むしろ個々の実施形態に基づいて記載された詳細を、別の実施形態で採用することも可能であり、ないし個々の特徴および詳細を新たな実施形態中で、異なるように組み合わせることも可能である。したがって、本発明は、図中に提示された実施形態には制限されない。
ＳＥ１、ＳＥ２ 第１および第２センサ素子
筐体であって、
ＢＥ 底面部材
ＷＥ 枠形状で形成された壁部材および
ＤＥ 蓋
を有する筐体
ＣＶ 筐体中の中空空間
ＡＳＩＣであって、
ＳＡ 能動センサ面、ＳＥ２の一部分
を備えたＡＳＩＣ
ＡＫ 筐体における電気外側接点
ＭＥＭＳセンサ（第１センサ素子）であって、
ＦＫＥ バネ接点部材
を備えたＭＥＭＳセンサ
ＤＦ 筐体中のＭＥＭＳセンサ用のブシュ
ＫＳ 接着剤層
ＵＦ アンダーフィル
ＯＥ 第２センサ素子用の開口
ＤＫ ヴィア
ＶＬ 配線
ＢＵ バンプ
ＣＬ 配線面
ＳＣ はんだ接合部
ＳＦ 被覆箔または保護箔
ＧＰ ＤＥとＳＥ２との間の間隙
ＳＲ 密閉リング
ＫＰ 交点
開口ＯＥは、好ましくは、第２センサ素子ＳＥ２を蓋ＤＥ上に取り付ける前に予め製造されているが、しかし、第２センサ素子ＳＥ２を蓋ＤＥ上に取り付けた後に生成することも可能である。いずれにせよ、開口ＯＥは、アンダーフィルＵＦを入れる前に完成し、その結果、開口ＯＥの領域中で毛細管力が欠如しているので、能動センサ面ＳＡがアンダーフィルＵＦにより覆われないままになるのに役立つ。
図４は、第３実施形態の概略断面図である。第１および第２実施形態とは異なり、この場合には、中空空間ＣＶは、蓋ＤＥと第２センサ素子ＳＥ２との間の間隙ＧＰを介して開口を通って外気と接続されている。開口ＯＥは、中空空間の外側に対する唯一の接続を行い、その結果、これを介して、空気交換、ひいては均圧が行われ、これにより、外気の相応のパラメータの測定が可能になる。第１センサ素子用のさらなるブシュは、ここでは設けられていない。
底面部材中では、ブシュＤＦが第１センサ素子ＳＥ１の横で取り付けられ、このブシュが、中空空間ＣＶへの接続を行っている。外気へのさらなる接続、とりわけ第２センサ素子ＳＥ２用のさらなる接続は設けられていない。この実施形態では、第２センサ素子の能動センサ面ＳＡは、下方向を向いている。これにより、双方のセンサ素子ＳＥは、同じ空気空間にアクセスし、この空間内にある異なるパラメータを測定する。

Claims (12)

  1. センサ構造素子であって、
    ・それぞれ１つのセンサ機能のための、第１および第２センサ素子（ＳＥ１、ＳＥ２）を備えていて、
    ・共になって中空空間（ＣＶ）を取り囲む、底面部材（ＢＥ）と、枠形状で形成された壁部材（ＷＥ）と、蓋（ＤＥ）とを有する筐体を備えていて、
    ・前記第１センサ素子（ＳＥ１）はＭＥＭＳセンサであり、前記中空空間の内側で、前記筐体の前記底面部材に取り付けられていて、
    ・前記第２センサ素子（ＳＥ２）は、ＡＳＩＣとして、能動センサ面（ＳＡ）を備えて形成されていて、かつ、前記蓋の上または下に取り付けられていて、または、前記蓋中に埋め込まれていて、
    ・電気外側接点（ＡＫ）が、前記筐体の外側面に設けられていて、
    ・前記中空空間が、少なくとも１つの開口（ＯＥ）またはブシュ（ＤＦ）を有する、
    センサ構造素子。
  2. 前記ＭＥＭＳセンサ（ＳＥ１）は、張力なしにバネ接点部材（ＦＫＥ）上に取り付けられていて、前記バネ接点部材は、前記ＭＥＭＳセンサの接触面を、前記底面部材の内側上にある内側接続面と接続する請求項１に記載のセンサ構造素子。
  3. 前記ＡＳＩＣの上または中に、少なくとも１つのセンサ機能が統合されていて、前記ＡＳＩＣは、出力値を生成する請求項１または２に記載のセンサ構造素子。
  4. 前記第１センサ素子（ＳＥ１）はＭＥＭＳ圧力センサである請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ構造素子。
  5. 前記蓋（ＤＥ）は、集積された相互接続部を備えた導体基板を具備し、
    前記導体基板上の前記ＡＩＳＣと前記電気外側接点（ＡＫ）との間の電気接続は、前記壁部材（ＷＥ）の内側で、かつ、前記底面部材（ＢＥ）を貫通して延在する、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ構造素子。
  6. ・前記上に置かれた蓋（ＤＥ）は、開口（ＯＥ）を有し、
    ・前記第２センサ素子（ＳＥ２）の前記能動センサ面（ＳＡ）は、前記開口の下方に配置されている、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ構造素子。
  7. ・前記第２センサ素子（ＳＥ２）は、前記蓋（ＤＥ）中の前記開口（ＯＥ）を下から閉鎖するが、
    ・この閉鎖は、接着剤を用いて、前記第２センサ素子が下から前記蓋上に接着されることにより、または
    ・前記第２センサ素子が、距離をとって、下方で前記蓋に固定されていて、前記第２センサ素子の上面と、前記蓋の下面との間の空間は、少なくとも前記第２センサ素子の縁に沿って、アンダーフィルで充填されていて、
    ・前記能動センサ面（ＳＡ）には、接着剤またはアンダーフィル（ＵＦ）がついていない、
    請求項６に記載のセンサ構造素子。
  8. 前記筐体はブシュを有し、前記ブシュは、前記筐体の内側を、ひいては前記ＭＥＭＳセンサを、前記筐体の外側にある周辺と接続させる、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ構造素子。
  9. 前記蓋（ＤＥ）は前記壁部材（ＷＥ）上に距離をとって固定されていて、その結果、前記ブシュ（ＤＦ）が、蓋と壁部材との間に形成されている、請求項８に記載のセンサ構造素子。
  10. 開口（ＯＥ）が１つのみまたはブシュ（ＤＦ）が１つのみ存在していて、これが、前記双方のセンサ素子（ＳＥ）を前記筐体の外側にある周辺と接続する、請求項８または９に記載のセンサ構造素子。
  11. 前記第２センサ素子（ＳＥ２）が、温度センサおよび／または湿度センサである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサ構造素子。
  12. 前記第１センサ素子（ＳＥ１）は圧力センサであり、
    第１および第２センサ素子は、周辺に対して異なる方法でアクセスをし、
    前記第１センサ素子（ＳＥ１）のアクセスは、湿度に対する保護方策を用いて保護されていて、
    前記第２センサ素子（ＳＥ２）についてのアクセスにより、前記第２センサ素子の能動センサ面に湿度が妨げられないで入ってくるように形成されている
    請求項１１に記載のセンサ構造素子。
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