KR102182947B1 - 단일 전기 캐리어 수단을 갖는 센서 - Google Patents

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토마스 피셔
슈테판 귄트너
디트마르 후버
야콥 쉴링거
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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 센서 엘리먼트 (1), 적어도 하나의 신호 프로세싱 엘리먼트 (2), 적어도 하나의 부착 수단을 갖는 하우징 (7), 및 센서를 전기적으로 연결하는 전기 인터페이스를 포함하는 센서에 관한 것이며, 그 센서는 전기 기계적으로 연결하는 캐리어 수단 (4) 을 가지며, 적어도 하나의 센서 엘리먼트 (1) 와 신호 프로세싱 엘리먼트 (2) 가 캐리어 수단 (4) 상에 배열되고 캐리어 수단 (4) 에 전기적으로 연결되며, 상기 캐리어 수단 (4) 은 또한 상기 전기 인터페이스에 적어도 전기적으로 연결된다.

Description

단일 전기 캐리어 수단을 갖는 센서{SENSOR WITH A SINGLE ELECTRICAL CARRIER MEANS}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 기재된 것과 같은 센서 및 또한 자동차들에서 센서의 이용에 관한 것이다.
초기에 언패키징된 반도체 컴포넌트들의 형태인 마이크로메카니컬 센서 엘리먼트들 또는 MEMS 센서 엘리먼트들, 및 주문형 집적 회로들 또는 ASIC들은 일반적으로 제조업자들에 의해 이른바 "배어 다이들 (bare dies)" 로서 장착되어, 납땜될 수 있는 컴포넌트 또는 표면-장착될 수 있는 컴포넌트의 형태, 또는 하우징에 의해 환경적 영향들로부터 보호되고 그 접촉이 외부에서 형성되는 이른바 "표면 장착형 디바이스" (SMD) 의 형태인 완전한 관성 센서들을 형성한다.
이러한 유형의 SMD들은 제어 디바이스 (ECU, ACU) 에서 또는 위성 센서의 개별 하우징에서 인쇄 회로 기판 또는 "PCB" 상에 직접 납땜될 수 있다.
본 발명은 비용-효율적인 및/또는 소형의 센서를 제안하는 목적에 기반한다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 제 1 항에 기재된 센서에 의해 달성된다.
센서는 바람직하게 단일 캐리어 수단을 갖는다.
캐리어 수단은 바람직하게 리드프레임의 형태이다. 대안으로서, 캐리어 수단은 바람직하게 인쇄 회로 기판 또는 "PCB" 의 형태이다.
전기 인터페이스는 바람직하게는 플러그, 및 대안적으로 바람직하게는 케이블 커넥션 또는 케이블 아울렛을 의미하는 것으로 이해된다.
적어도 하나의 센서 엘리먼트 및 신호 프로세싱 엘리먼트는 각 경우에 언패키징된 반도체 컴포넌트들로서 캐리어 수단 상에 배열되는 것이 바람직하다. 언패키징된 반도체 컴포넌트는 바람직하게, 기능적 구조가 반조체 재료로부터 형성되고 자기 소유의 하우징을 가지지 않는 컴포넌트를 의미하는 것으로 이해된다. 언패키징되는 것은 예컨대, "실리콘-패키징되는" 또는 "웨이퍼 평면" 또는 "배어 다이" 상에 패키징되는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
센서는 적어도 하나의 센서 엘리먼트와 신호 프로세싱 엘리먼트 및 캐리어 수단을 완전히 또는 적어도 부분적으로 둘러싸는 트랜스퍼 몰드 하우징을 가지는 것이 바람직하다. 특히, 적어도 하나의 센서 엘리먼트와 신호 프로세싱 엘리먼트는 이 경우, 트랜스퍼 몰드 하우징 내에서 캡슐화 화합물 또는 "글로브 톱 (globe top)" 에 의해 적어도 부분적으로 커버된다.
트랜스퍼 몰드 하우징은 바람직하게, 오버몰드 하우징에 의해 완전히 또는 적어도 부분적으로 둘러싸인다.
적어도 하나의 센서 엘리먼트는 관성 센서 엘리먼트의 형태인 것이 바람직하다.
센서는 바람직하게 위성 센서의 형태이며, 특히 자동차 센서의 형태이다.
트랜스퍼 몰드 하우징은 바람직하게 트랜스퍼 몰디드 하우징 또는 프리몰드 하우징을 의미하는 것으로 이해된다.
오버몰드 하우징은 바람직하게 사출 성형된 하우징 또는 오버몰드 하우징 또는 에폭시를 포함하는 하우징을 의미하는 것으로 이해된다.
리드프레임은 바람직하게 적어도 센서 엘리먼트와 신호 프로세싱 엘리먼트가 배열되는 적어도 하나의 마운팅 아일랜드를 갖는다.
적어도 하나의 센서 엘리먼트는 바람직하게 마이크로메카니컬 센서 엘리먼트의 형태이고, 특히 마이크로메카니컬 관성 센서 엘리먼트의 형태이다.
센서는 바람직하게, 오버몰드 하우징이 2 개의 파트들, 즉 캐리어 수단들과 이 캐리어 수단들에 연결된 컴포넌트들이 삽입되는 조립식 (prefabricated) 하우징 파트, 및 상기 조립식 하우징 파트가 오버몰딩 또는 오버몰드 하우징에 의해 폐쇄되는 제 2 파트를 포함하도록 설계된다. 상기 2 개의 하우징 파트들은 특히 바람직하게 사출 성형 재료 또는 오버 몰딩 재료 또는 에폭시를 포함한다.
언패키징된 반도체 컴포넌트들은 바람직하게 접착제에 의해 캐리어 수단 상에 고정되거나 배열된다.
적어도 하나의 센서 엘리먼트와 신호 프로세싱 엘리먼트 및/또는 옵션으로 추가의 전기 컴포넌트들은 본딩 또는 와이어 본딩에 의해 적어도 캐리어 수단에 및/또는 서로 전기적으로 연결되는 것이 편리하다.
대안으로서, 적어도 하나의 센서 엘리먼트와 신호 프로세싱 엘리먼트 및/또는 특히 "배어 다이들" 형태인 옵션으로 추가의 전기 컴포넌트들은 바람직하게 플립-칩 기술에 의해 고정되고 전기적으로 접촉-연결된다. 이를 위해, 솔더 볼들, 구리 기둥들 및/또는 솔더 패드들이 특히 바람직하게 "배어 다이들" 의 상면에 적용된다. 상기 배어 다이들, 또는 언패키징된 반도체 컴포넌트들은 그 후, 예컨대 리드프레임 또는 인쇄 회로 기판상에 거꾸로 위치되며, 리플로우 또는 고온 증기에 의해 납땜된다.
센서는 바람직하게, 하나 이상의 추가의 전기 컴포넌트들, 예컨대 적어도 하나의 레지스터 및/또는 적어도 하나의 커패시터 및/또는 적어도 하나의 인덕터 및/또는 적어도 하나의 추가 집적 회로 및/또는 적어도 하나의 배리스터를 갖는다.
센서의 하우징, 특히 외부 하우징 또는 오버몰드 하우징은 바람직하게, 센서가 나사 체결 (screw connection) 에 의해 고정될 수 있도록 특히 바람직하게 설계된 하나 또는 2 개 또는 수개의 고정 디바이스들을 갖는다.
하나 이상의 "압입 끼움 핀들" 은 바람직하게 전기 캐리어 수단과의 전기적인 접촉을 형성한다. 이 경우, 이러한 접촉-접속 프로세스가 실행되는 영역은 오버몰드 하우징 및/또는 트랜스퍼 몰드 하우징으로부터 컷아웃된다.
대안으로서, 접촉은 바람직하게, 납땜될 수 있는 전도성 재료로 이루어진 솔더 핀들에 의해 형성된다. 상기 핀들은 임의의 요구되는 교차부를 가질 수 있다. 상기 핀들은 통상적으로 원형이거나 사각형이다. 상기 핀들은 이른바 스루-홀 기술 (THT 기술) 에 의해 PCB 에 납땜된다.
적어도 하나의 용접된 핀에 의해, 특히 전기 인터페이스에 의해 캐리어 수단과의 전기적 접촉이 형성되는 것이 바람직하다.
PCB 는 바람직하게, 하우징 및 커버 (지지 기둥들, 늑재들, 래치 후크들, 등등) 에서 직접 구조적 엘리먼트들에 의해 위성 센서에 고정된다. 대안으로서, PCB 를 접착 본딩 또는 나사 체결하는 것이 가능하다.
환경적 영향들에 대한 보호를 제공하기 위해, 상기 하우징은 PCB 를 위성 센서의 하우징 내에 설치한 후, 금속 또는 비금속 재료로 이루어진 커버에 의해 또는 캡슐화 화합물에 의해 편리하게 폐쇄된다.
본 발명은 또한 자동차에서 센서의 이용과 관련된다.
특히, 본 발명은 또한 센서의 생산 방법에 관한 것이며, 상기 생산 방법은 유리하고 및/또는 융통성이 있다. 이 경우, 전기적으로 및 기계적으로 연결하는 캐리어 수단에는 처음에 언패키징된 반도체 엘리먼트들 및 옵션으로 추가의 전자 컴포넌트들이 실장된다. 언패키징된 반도체 엘리먼트들 및 옵션의 추가의 전자 컴포넌트들은 바람직하게 직접 캡슐화되며, 따라서 트랜스퍼 몰드 하우징에 배치될 수 있다. 대안으로서, 언패키징된 반도체 엘리먼트 및 옵션의 추가의 전자 컴포넌트들은 바람직하게, 트랜스퍼 몰드 하우징을 이용한 캡슐화 이전에 미리 캡슐화 화합물 또는 "글로브 톱" 에 의해 추가로 커버되며, 그 후 상기 캡슐화 화합물은 유사하게 트랜스퍼 몰드 하우징으로 사출 성형된다. 납땜될 수 있는 컴포넌트 또는 표면-장착될 수 있는 컴포넌트의 형태 또는 이른바 "표면 장착형 디바이스 (SMD)" 의 형태의 센서, 또는 위성 센서 형태의 센서는 그 후에, 오버몰드 캡슐화 또는 오버몰드 하우징 및/또는 추가의 조립식 하우징에 의해 이러한 반-제조 센서들로부터 선택적으로 생성/제조된다.
도면에서,
도 1 및 도 2 는 센서의 예시적인 실시형태들의 개략적이고 예시적인 도면들을 도시한다.
도 3 및 도 4 는 예시적인 생산 방법의 개략적이고 예시적인 도면들을 도시한다.
도 1 은 2 개의 관점에서 로우 (raw) 센서를 도시하며, 상기 센서는 캐리어 수단 (4) 으로서 리드프레임을 갖는다. 센서는 본딩 와이어들 (10) 에 의해 전기적 접촉이 형성되는, 2 개의 접착식 본딩된 센서 엘리먼트들 (1) 과 신호 프로세싱 엘리먼트들 (2) 을 포함한다. 센서 엘리먼트들 (1) 과 신호 프로세싱 엘리먼트 (2) 는 트랜스퍼 몰드 하우징 (5) 에 의해 둘러싸이거나 따라서 사출 성형된다. 리드프레임 (4) 은 2 개의 추가 캡슐화물들을 트랜스퍼 몰드 하우징들 (5) 로서 포함한다. 추가로, 리드프레임에는 예컨대, "R", "C", "IC", 다이오드들 또는 적어도 하나의 배리스터와 같은 추가의 전자 컴포넌트들 (8) 이 실장된다.
도 2 는 표면-장착형 컴포넌트 또는 이른바 "표면 장착형 디바이스 (SMD)" 의 형태로 예시적인 센서를 도시한다. 센서는 예를 들어, 인쇄 회로 기판 또는 "PCB" 의 형태로, 캐리어 수단 (4) 상에 배열된 센서 엘리먼트 (1) 와 신호 프로세싱 엘리먼트 (2) 를 갖는다. 압입 끼움 핀들 (11) 에 의해 인쇄 회로 기판 (4) 과의 전기적 접촉이 형성되며, 여기서 접촉 영역은 센서의 하우징, 즉 오버몰드 하우징 (7) 으로부터 컷아웃된다. 도 2 의 a)에서, 하우징은 이러한 접촉-형성 영역에서 리세스/컷아웃을 가지고, 도 2 의 b) 에서, 이러한 접촉-형성 영역은 하우징 (7) 다음에 배열된다.
도 3 은 예시적인 생산 방법을 도시한다. 위성 센서를 구성하기 위한 종래의 2 가지 패키징 단계들 대신에, 오직 하나의 단계만이 요구된다 - "배어 다이들" 은 캐리어 수단으로서 인쇄 회로 기판상에 배열/장착되고, 그 후에 하우징과의 접촉이 형성되며, 하우징이 형성된다. 그 후에, 추가로 캐리어 수단에 접속되어야만 하고 공간을 차지하는 개별 SMD 의 구성이 생략된다.
- PCB 센서들 및 위성 센서들에 대하여, 배어 다이들의 구성 및 연결 기술 및 플립-칩 프로세스는 동일하다. 프론트-엔드 장비는 생산을 위해 동등하게 사용될 수 있다.
- 배어 다이들을 보호하기 위한 글로브 톱 및 트랜스퍼 몰드 제조 프로세스는 동일하다. 인쇄 회로 기판은 트랜스퍼 몰딩에 의해 완전히 또는 부분적으로 캡슐화될 수 있다.
도 4 에 도시된 모듈러 생산 방법은 바람직하게, 2 개의 주요 변형들을 허용하거나 포함하며, 이는 예를 들어 개략적으로 예시된다:
"온-보드" 변형 (SMD):
접촉-연결된 배어 다이들을 갖는 실장된 리드프레임은 바람직하게, 글로브 톱 또는 주조 조성물 및 후속 트랜스퍼 몰드 또는 완전한/사후-캡슐화 프로세스에 의해, 예컨대 에폭시에 의해 보호된다. 이는 제어 디바이스의 PCB, "인쇄 회로 기판", 또는 전자 인쇄 회로 기판상에 직접 납땜되는, SMD, 즉 표면 장착될 수 있는 컴포넌트 (표면 장착형 디바이스) 를 생산한다. 리플로우 납땜 또는 고온 증기 납땜은 적합한 납땜 방법들이다.
"위성" 변형 (IS):
접촉-연결된 배어 다이들을 갖는 실장된 리드프레임은 바람직하게, 글로브 톱 또는 주조 조성물 및 후속 트랜스퍼 몰드 또는 완전한/사후-캡슐화 프로세스에 의해, 예컨대 에폭시에 의해 보호된다.
접촉 핀들은 미리 리드프레임에 용접되거나, 대안으로서, 이른바 크림핑 또는 비딩에 의해 케이블이 피팅될 수 있다.
고정부들이 예컨대, 고온 임베딩 및/또는 초음파 용접에 의해, 다이 내에 삽입되고, 부수적으로 캡슐화되거나 차후 도입될 수 있다. 앞의 내용에 따라 3 개의 세부-변형들이 가능하다.
a) 실장된 리드프레임은 하우징에 의해 완전히 캡슐화된다.
b) 실장된 리드프레임은 오픈 하우징에 의해 부분적으로 캡슐화되고 주조 조성물 및/또는 커버에 의해 폐쇄된다. 커버는 금속 또는 비금속 재료로 이루어질 수 있다.
c) 실장된 리드프레임은 플라스틱으로 이루어진 홀더 (이른바 캐리어) 에 의해 부분적으로 캡슐화되고, 그 후 하우징에 의해 완전히 캡슐화된다.
제안된 방법과 그 변형들, 또는 상기 방법을 사용하여 생산된 센서는 예를 들어, 이하 장점들을 갖는다:
- 배어 다이들을 장착하고, 접촉을 형성하고, 보호하는 프로세스들은 양자의 변형들에 대하여 동일하다.
- 위성들 (IS) 을 구성하기 위한 종래의 2 개의 패키징 단계들 대신에, 오직 하나의 단계만이 요구된다 (배어 다이 → 위성 제품). 개별 SMD 의 구성은 생략된다.
- 배어 다이들의 구성 및 연결 기술은 온-보드 및 위성 솔루션들 (SMD 및 IS) 에 대하여 동일하다, 즉 동일한 제작 디바이스들 (프론트-엔드 장비) 이다.
- 배어 다이들을 보호하기 위한 글로브 톱 및 트랜스퍼 몰드 제조 프로세스들은 동일하다.
- 보호물 (글로브 톱 및 트랜스퍼 몰드) 이 있거나 없는 수동 소자들은 예컨대, 도 1 을 참조하여 개략적으로 도시된 것과 같이, 리드프레임 상에 추가로 장착될 수 있다.
- 또한, 리드프레임의 임의의 원하는 모듈러 확장들이 가능하며, 이들은 예컨대, 도 1 을 참조하여 개략적으로 도시된 것과 같이, 추가의 회로들을 더 멀리 운반한다. 이들은 추가의 배어 다이들 (MEMS, ASIC) 또는 다른 컴포넌트들 (R, C, IC, 다이오드들, 배리스터들, LED들 등) 일 수 있다.
- 모든 모듈들은 보호물 (글로브 톱 + 트랜스퍼 몰드) 이 있거나 없이 설계될 수도 있다. 적절히 설계된다면, 오직 하나의 몰드 툴 보호물만이 모듈들 모두에 대하여 요구된다.

Claims (11)

  1. 센서로서,
    적어도 하나의 센서 엘리먼트 (1), 적어도 하나의 신호 프로세싱 엘리먼트 (2), 적어도 하나의 고정 수단 (fastening means) 을 갖는 하우징 (7), 및 또한 센서를 전기적으로 연결하는 전기 인터페이스를 포함하며,
    상기 센서는 전기 기계적으로 연결하는 캐리어 수단 (4) 을 가지며, 상기 적어도 하나의 센서 엘리먼트 (1) 와 상기 신호 프로세싱 엘리먼트 (2) 가 상기 캐리어 수단 (4) 상에 배열되고 상기 캐리어 수단에 전기적으로 연결되며, 상기 캐리어 수단 (4) 은 또한 상기 전기 인터페이스에 적어도 전기적으로 연결되며,
    상기 적어도 하나의 센서 엘리먼트 (1) 와 상기 신호 프로세싱 엘리먼트 (2) 는 각 경우에 배어 다이로서 언패키징된 반도체 컴포넌트들의 형태로 상기 캐리어 수단 (4) 상에 배열되고, 상기 언패키징된 반도체 컴포넌트들은 반도체 재료로부터 형성된 기능적 구조를 포함하되, 상기 반도체 컴포넌트들은 별개의 하우징을 갖지 않으며,
    상기 적어도 하나의 센서 엘리먼트 (1) 는 관성 센서 엘리먼트의 형태인 것을 특징으로 하는 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 단일 캐리어 수단 (4) 을 가지는 것을 특징으로 하는 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 캐리어 수단 (4) 은 리드프레임의 형태인 것을 특징으로 하는 센서.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 캐리어 수단 (4) 은 인쇄 회로 기판의 형태인 것을 특징으로 하는 센서.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 적어도 하나의 센서 엘리먼트 (1) 와 상기 신호 프로세싱 엘리먼트 (2) 및 상기 캐리어 수단 (4) 을 완전히 또는 적어도 부분적으로 둘러싸는 트랜스퍼 몰드 하우징 (5) 을 가지는 것을 특징으로 하는 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서 엘리먼트 (1) 와 상기 신호 프로세싱 엘리먼트 (2) 는 상기 트랜스퍼 몰드 하우징 내에서 캡슐화 화합물에 의해 적어도 부분적으로 커버되는 것을 특징으로 하는 센서.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 트랜스퍼 몰드 하우징 (5) 은 오버몰드 하우징 (7) 에 의해 완전히 또는 적어도 부분적으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 센서.
  9. 삭제
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 센서는 위성 센서의 형태인 것을 특징으로 하는 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 센서는 자동차 센서의 형태인 것을 특징으로 하는 센서.
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