TW201931475A - 環境感測器、環境感測器中間產品和用於製造多個環境感測器之方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種用於製造多個耐介質的環境感測器之方法（10），其中在相應的感測器晶片（14）之間的區域中將黏合劑（20）施加到該模製物質（16）的表面（16a）上，並且在該基底（12）的表面（12a）上安排的多個感測器晶片（14）的區域中將隔膜（22）層疊到該基底（12）上，其中該隔膜（22）覆蓋該多個感測器晶片（14）。本發明此外還涉及一種環境感測器中間產品和一種耐介質的環境感測器（10）。

Description

環境感測器、環境感測器中間產品和用於製造多個環境感測器之方法

本發明涉及一種耐介質的環境感測器。本發明還涉及一種環境感測器中間產品。本發明此外涉及一種用於製造多個耐介質的環境感測器之方法。

用於測量環境因素的感測器，例如壓力、濕度或氣體感測器，需要與環境直接接觸以便實現其功能。與此相反，當感測器用在例如智慧型手機或無人機中時，要求保護感測器免受環境影響，即免受塵土和水影響。

已知的用於解決這種衝突的可能性係借助於不透塵土和水、但可透過氣體的隔膜將感測器的介質通道封閉。其實例為由膨脹聚四氟乙烯形成的微孔隔膜。

此類隔膜必須預製成感測器所需的大小並且施加到相應的感測器晶片上。

DE 10 2015 222 756 A1公開了一種用於壓力感測器的常規感測器元件，該感測器元件具有感測器隔膜，在該感測器隔膜上安排有限定數量的壓電電阻，其中該等壓電電阻在電路中被安排成使得在壓力變化的情況下可以產生電壓變化。

本發明提供一種耐介質的環境感測器。本發明此外提供一種環境感測器中間產品，該環境感測器中間產品具有：基底，在該基底的表面上安排有多個感測器晶片，該等感測器晶片至少局部地用模製物質包覆模製；在相應的感測器晶片之間的區域中被施加到該模製物質的表面上的黏合劑；以及在該基底的表面上安排的多個感測器晶片的區域中層疊到該基底上的隔膜，該隔膜覆蓋該多個感測器晶片。

本發明另外提供一種用於製造多個耐介質的環境感測器之方法。該方法包括提供基底，在該基底的表面上安排有多個感測器晶片，該等感測器晶片至少局部地用模製物質包覆模製。

該方法另外包括在相應的感測器晶片之間的區域中將黏合劑施加到該模製物質的表面上。該方法此外包括在該基底的表面上安排的多個感測器晶片的區域中將隔膜層疊到該基底上，其中該隔膜覆蓋該多個感測器晶片。

該方法還包括使該多個感測器晶片獨立化以形成該多個耐介質的環境感測器。

本發明的一個想法係由此提供一種耐介質的環境感測器、一種環境感測器中間產品和一種用於製造多個耐介質的環境感測器之方法，該方法允許借助於施加隔膜來成本低廉地、並行化地製造防塵且防水的環境感測器。

與順序地將隔膜施加到單獨的感測器晶片上相比，本發明的方法提供了並行過程引導的優點。

在實現該方法時可以按有利的方式追溯到現有的標準過程（例如液體黏合劑和獨立化的包裝），該等標準過程在所有常規製造商處都是可執行的。在本發明方法的背景下，因此產生材料和處理成本方面的顯著降低。

例如製造商不再需要為了單獨的感測器將隔膜製造成平方毫米範圍內的非常小的單獨尺寸並且因此實現了降低的製造成本。

此外，隔膜可以在單一的處理步驟中同時施加於大量的感測器（例如幾百個至幾千個），這產生了工件數量-通過量的增加以及對應的處理成本的降低。

此外，不再需要以小於100微米範圍內的放置準確度來施加隔膜。這實現了在製造處理流程中的降低的設備要求以及對應減小的處理成本。

因此本發明的核心係如下認識：使用薄膜模製來製造環境感測器允許在基底條水平上模製之後將較大的隔膜平坦地黏合到完整的基底條之上。然後隔膜遮蓋所有放置在條上的感測器。然後在隨後的包裝-獨立化過程中使該等感測器獨立化。

有利的實施方式和改進方案從從屬申請專利範圍以及從參考附圖的說明中得出。

根據一個較佳改進方案提出，該黏合劑由液體黏合劑形成，該液體黏合劑以預定的圖案、較佳的是在該基底的縱向和/或橫向上施加到該模製物質的表面上。這樣的施加或分配圖案係有利的，因為在此用少量的單獨的分配段（Dispense-Strecken）可以使非常大量的感測器晶片準備好用於後續的隔膜施加。

根據另一個較佳改進方案提出，在該基底上提供數量為n × m的感測器晶片，其中在該模製物質的表面上標記了n + 1 + m + 1個該黏合劑的施加段。在使用具有30 × 100（即3000）個感測器晶片的基底條時，有利地向模製物質上施加數量為31 + 101（即131）個分配段，以便將所有感測器晶片準備好用於後續的隔膜黏合。

與此相反，在此實例中，在以往將隔膜黏合到具有金屬蓋件殼體的感測器上時必須以明顯更高的體積控制和放置準確度要求來進行3000個單獨的分配步驟。在基底條增大時，這種並行化的優點也對應地平方式地隨著條面積且因此隨著感測器數量而擴大。

根據另一個較佳改進方案提出，在設置於該等感測器晶片之間的相應的包裝切割線的區域中將該黏合劑施加到該模製物質的表面上。

其優點係，藉由切割，將隔膜和黏合劑的已經施加在切割線的區域中的部分去除。

根據另一個較佳改進方案提出，藉由分配、網版印刷或網板印刷來將該黏合劑施加到該模製物質的表面上。因此，在執行網版或網板印刷的情況下，能夠以有利的方式在相對較短的時間內將黏合劑高效地施加到模製物質的表面上，由此可以減少在製造環境感測器時的處理持續時間以及處理成本。
根據另一個較佳改進方案提出，該基底與網版或網板一起借助於在該基底和該網版或網板中的鑽孔藉由被引入該等鑽孔中的定中心裝置機械地彼此對齊，以便將該黏合劑施加到該模製物質的表面上。

在這個動作中取消了主動細緻對齊網版和基底條的要求。由此可以藉由對處理機器的降低的要求來實現成本降低。相對於液體黏合劑的分配，這種處理替代方案得到了並行度的進一步提高並且由於提高的處理通過量而帶來了成本降低。

根據另一個較佳改進方案提出，將該黏合劑在施加到該模製物質的表面上之前預固化。因此，不僅在分配液體黏合劑的情況下而且在網版印刷方法的情況下，除了常規黏合劑還可以使用所謂的B階段黏合劑。在該等材料的情況下，在施加隔膜之前首先將黏合劑預固化。藉由這種預固化，使黏合劑圖案穩定並且首要地避免了在施加隔膜時黏合劑被塗抹並且到達晶片表面。

根據另一個較佳改進方案提出，在該多個感測器晶片的區域中將該隔膜基本上完全平坦地層疊到該基底上，其中在將該隔膜層疊到該模製物質的表面上時，該黏合劑分佈在該多個感測器晶片之間並且在該模製物質與該隔膜之間賦予黏附性。

相對於以往將單獨的隔膜順序地施加到具有金屬蓋件殼體的單個感測器上，這種方式具有以下優點：將用於所有感測器的隔膜同時（即並行地）施加到基底條上。這產生了處理通過量的顯著提高以及對應引起的降低的成本。

與單獨施加到金屬蓋件殼體上相比的另一個優點在於，可以將單獨的較大的隔膜件用於對整個基底條進行層疊。由此取消了在隔膜製造時用於使單獨隔膜獨立化的處理步驟。藉由使用成本低廉的液體黏合劑，在製造時，隔膜還需要與預先結構化的另外的黏合箔片相組合。

另外，該方法的並行化使得取消了在施加隔膜之後的單獨檢查。對隔膜及其黏合的控制能夠在使構件獨立化之後的最終的單獨檢查中進行，該最終的單獨檢查在標準處理中無論如何都是明確固定的。該等優點在製造隔膜時產生明顯的成本降低。

根據另一個較佳改進方案提出，該多個感測器晶片的從該模製物質中突出的邊緣作為止流邊緣防止該黏合劑流動到該多個感測器晶片的表面上。

晶片（較佳的是矽晶片）的從模製物質中突出的、具有20至70 µm突出部的尖銳邊緣藉由薄膜模製產生，其中突出部有利地可以藉由適當地選擇薄膜材料和薄膜厚度進行調節並且可以進一步增大。藉由該等邊緣作為止流邊緣的效果，這較佳的是防止了黏合劑流到晶片表面上。

根據另一個較佳改進方案提出，在該黏合劑固化之後，藉由機械地切割來使該多個感測器晶片獨立化，其中沿著設置在該等感測器晶片之間的該等包裝切割線將該基底分斷。

在用於固化黏合劑的固化步驟之後，藉由機械切割（用於包裝-獨立化的標準過程）將基底條分離開，以便以有利的方式獲得單獨的感測器單元。與製造沒有隔膜的未受保護的感測器相比，在此沒有產生其他的額外成本，因為包裝-獨立化或單體化在這兩種情況下必須以相同方式執行。

藉由切割，將隔膜和黏合劑的已經施加在切割線的區域中的部分去除。剩餘的黏合劑和隔膜與相應的感測器包裝的外邊緣齊平地封閉。因此所提出的方法自動地保證了：防止伸出的隔膜區域仍然可以自由移動或扇動，否則這可能不利地影響構件的可靠性和可繼續加工性。

根據另一個較佳改進方案提出，該基底在藉由機械切割而分斷之前以該基底的平坦的下側基本上完全平坦地固定在黏附面上、尤其膠帶上。

為了免於切割用水（Sägewasser）和顆粒進入，沒有隔膜的壓力感測器和氣體感測器典型地必須在對應的固定位置中在切割膠帶或黏合帶上進行獨立化，其中為此該基底條以上側向下黏合在膠帶上並且從背側來切割。在此有問題的是，由於包裝拓撲導致只有很小的支承面可供膠帶和感測器表面使用。

在由於支承面較小造成膠帶的黏附性不足的情況下，感測器可能在切割時從膠帶脫落，這可能導致構件損傷和產率損失。與之相反，藉由完全平坦地施加在基底條上的隔膜，構件或感測器晶片受到保護而免於在切割時雜質的進入。因此在本發明的背景下可以使環境感測器在標準位置中獨立化。在此，基底條可以以平坦的下側完全平坦地黏合到膠帶上。由於減少的拓撲和增大的支承面，因此避免了基底從膠帶脫落。

根據另一個較佳改進方案提出，該環境感測器由氣體感測器或壓力感測器形成。因此，除了成本低廉的可製造性之外，設置該隔膜還以有利的方式實現了提供耐介質的環境感測器。

所描述的構型和改進方案可以任意地彼此組合。

本發明的其他可行的構型、改進方案和實現方式還包括本發明的先前或隨後參照實施方式描述的特徵的沒有明確提及的組合。

圖1示出在根據本發明較佳的實施方式層疊隔膜之前的狀態下環境感測器之橫截面視圖。

環境感測器10或在圖1中所示的環境感測器中間產品具有基底12，在其表面12a上安排有感測器晶片14。

在模製物質16之內該多個感測器晶片14與形成在基底12上的（在圖1中未示出的）導電軌道之間的電連接係藉由呈連結導線形式的相應電連接元件18來形成的。替代地，電連接例如可以藉由該多個感測器晶片14在基底12上的倒裝晶片式安裝來形成。

為了能夠實現感測器晶片14的介質通道，感測器晶片在上部區域中具有多個鑽孔。

在相應的感測器晶片14之間的區域中將黏合劑20施加到模製物質16的表面16a上。

圖2示出基底的俯視圖，根據本發明較佳的實施方式在其表面上安排有多個感測器晶片。

在當前的展示中顯示了六個感測器晶片14，該等感測器安排在基底上並且用模製物質16包覆模製。在相應的感測器晶片14之間的區域中將黏合劑20施加到模製物質16的表面16a上。

黏合劑20較佳的是由液體黏合劑20形成，該液體黏合劑以圖2中所示的圖案施加到模製物質16的表面上，即在基底的縱向L以及橫向Q上，即以某一網格圖案。替代於液體黏合劑，例如可以施加具有與之不同的黏度行為的其他適合的黏合劑。

圖2中所示的展示係來自較大的（在圖2中未示出的）基底條的局部圖，該基底條可以包含例如30 × 100個感測器晶片。

圖3示出在根據本發明較佳的實施方式將黏合劑施加到模製物質的表面上之後環境感測器的橫截面視圖。

在設置於該等感測器晶片14之間的相應的包裝切割線24的區域中將黏合劑20施加到模製物質16的表面16a上。

這種施加在此較佳的是藉由網版印刷或網板印刷或者替代地藉由分配來進行。

在此，基底12與（在圖3中未示出的）網版或網板一起借助於在基底12和網版或網板中的鑽孔12b1、12b2藉由被引入鑽孔12b1、12b2中的定中心裝置26機械地彼此對齊，以便將黏合劑20施加到模製物質16的表面16a上。

替代地，可以將黏合劑20在施加到模製物質16的表面16a上之前預固化。

該多個感測器晶片14的從模製物質16中突出的邊緣16b用作止流邊緣並且因而防止黏合劑20流動到該多個感測器晶片14的表面上。

圖4示出在根據本發明較佳的實施方式將隔膜層疊到基底上之後環境感測器的橫截面視圖。

在圖4中，在該多個感測器晶片14的區域中將隔膜22基本上完全平坦地層疊到基底12上。如在圖4中可以看到的，在將隔膜22層疊到模製物質16的表面上時，黏合劑20分佈在該多個感測器晶片14之間。這在模製物質16與隔膜22之間賦予黏附性。

該基底在藉由機械切割而分斷之前以基底12的平坦的下側12c基本上完全平坦地固定在黏附面上、尤其膠帶28上。

圖5示出根據本發明較佳的實施方式的多個獨立化的環境感測器。

在黏合劑固化之後，藉由機械地切割來使該多個感測器晶片14獨立化，以便形成多個耐介質的環境感測器（10）。在此，沿著設置在感測器晶片14之間的包裝切割線將基底12分斷。在當前的展示中示出了三個獨立的感測器晶片或環境感測器。

圖6示出根據本發明較佳的實施方式的用於製造耐介質的環境感測器的方法的流程圖。

該方法包括提供S1基底，在該基底的表面上安排有多個感測器晶片，該等感測器晶片至少局部地用模製物質包覆模製，其中在模製物質之內該多個感測器晶片與形成在基底上的導電軌道之間的電連接係藉由呈連結導線形式的電連接元件來進行的。

該方法另外包括在相應的感測器晶片之間的區域中將黏合劑施加S2到該模製物質的表面上。該方法此外包括在該基底的表面上安排的多個感測器晶片的區域中將隔膜層疊S3到該基底上，其中該隔膜覆蓋該多個感測器晶片。

該方法還包括藉由機械地切割S4來使該多個感測器晶片獨立化，其中沿著設置在該等感測器晶片之間的該等包裝切割線將該基底分斷。

雖然已經在上文借助較佳的實施方式描述了本發明，但是本發明並不限於該等實施方式，而是能夠以各種方式修改。本發明尤其能夠以各種各樣的方式改變或修改，而不背離本發明的核心。

例如可以更改該環境感測器的部件的形狀、尺寸和/或性質。

無

附圖應當提供對本發明實施方式的進一步理解。它們展示了實施方式並用於與說明書相關地解說本發明的原理和概念。

其他的實施方式和上述優點中的許多優點都藉由查看附圖而得出。圖中所示的元素並不一定係按相互比例顯示的。

附圖示出：

[圖1]示出在根據本發明較佳的實施方式層疊隔膜之前的狀態下環境感測器之橫截面視圖；

[圖2]示出基底的俯視圖，根據本發明較佳的實施方式在其表面上安排有多個感測器晶片；

[圖3]示出在根據本發明較佳的實施方式將黏合劑施加到模製物質的表面上之後環境感測器的橫截面視圖；

[圖4]示出在根據本發明較佳的實施方式將隔膜層疊到基底上之後環境感測器之橫截面視圖；

[圖5]示出根據本發明較佳的實施方式的多個獨立化的環境感測器；並且

[圖6]示出根據本發明較佳的實施方式的用於製造耐介質的環境感測器的方法之流程圖。

只要沒有給出相反的闡述，在附圖的圖示中，相同的附圖標記標注相同的或功能相同的元件、構件或部件。

Claims (14)

1. 一種用於製造多個耐介質的環境感測器（10）之方法，該方法具有以下步驟： 提供（S1）基底（12），在該基底的表面（12a）上安排有多個感測器晶片（14），該等感測器晶片至少局部地用模製物質（16）包覆模製； 在相應的感測器晶片（14）之間的區域中將黏合劑（20）施加（S2）到該模製物質（16）的表面（16a）上； 在該基底（12）的表面（12a）上安排的多個感測器晶片（14）的區域中將隔膜（22）層疊（S3）到該基底（12）上，其中該隔膜（22）覆蓋該多個感測器晶片（14）；以及 使該多個感測器晶片（14）獨立化（S4）以形成該多個耐介質的環境感測器（10）。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵在於，該黏合劑（20）由液體黏合劑（20）形成，該液體黏合劑以預定的圖案、較佳的是在該基底（12）的縱向（L）和/或橫向（Q）上施加到該模製物質（16）的表面（16a）上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其特徵在於，在該基底（12）上提供數量為n × m的感測器晶片（14），其中在該模製物質（16）的表面（16a）上標記n + 1 + m +1個該黏合劑（20）的施加段。
4. 如以上申請專利範圍之一項所述之方法，其特徵在於，在設置於該等感測器晶片（14）之間的相應的包裝切割線（24）的區域中將該黏合劑（20）施加到該模製物質（16）的表面（16a）上。
5. 如以上申請專利範圍之一項所述之方法，其特徵在於，藉由分配、網版印刷或網板印刷來將該黏合劑（20）施加到該模製物質（16）的表面（16a）上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其特徵在於，該基底（12）與網版或網板一起借助於在該基底（12）和該網版或該網板中的鑽孔（12b1，12b2）藉由被引入該等鑽孔（12b1，12b2）中的定中心裝置（26）機械地彼此對齊，以便將該黏合劑（20）施加到該模製物質（16）的表面（16a）上。
7. 如以上申請專利範圍之一項所述之方法，其特徵在於，將該黏合劑（20）在施加到該模製物質（16）的表面（16a）上之前預固化。
8. 如以上申請專利範圍之一項所述之方法，其特徵在於，在該多個感測器晶片（14）的區域中將該隔膜（22）基本上完全平坦地層疊到該基底（12）上，其中在將該隔膜（22）層疊到該模製物質（16）的表面上時，該黏合劑（20）分佈在該多個感測器晶片（14）之間並且在該模製物質（16）與該隔膜（22）之間賦予黏附性。
9. 如以上申請專利範圍之一項所述之方法，其特徵在於，該多個感測器晶片（14）的從該模製物質（16）中突出的邊緣（16b）作為止流邊緣防止該黏合劑（20）流動到該多個感測器晶片（14）的表面上。
10. 如申請專利範圍第4至9之一項所述之方法，其特徵在於，在該黏合劑（20）固化之後，藉由機械地切割來使該多個感測器晶片（14）獨立化（S4），其中沿著設置在該等感測器晶片（14）之間的該等包裝切割線（24）將該基底（12）分斷。
11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其特徵在於，該基底（12）在藉由機械切割（S4）而分斷之前以該基底（12）的平坦的下側（12c）基本上完全平坦地固定在黏附面上、尤其膠帶（28）上。
12. 一種環境感測器中間產品，具有： 基底（12），在該基底的表面上安排有多個感測器晶片（14），該等感測器晶片至少局部地用模製物質（16）包覆模製； 在相應的感測器晶片（14）之間的區域中被施加到該模製物質（16）的表面（16a）上的黏合劑（20）；以及 在該基底（12）的表面（12a）上安排的多個感測器晶片（14）的區域中層疊到該基底（12）上的隔膜（22），該隔膜覆蓋該多個感測器晶片（14）。
13. 一種藉由如申請專利範圍第1至10之一項所述之方法製造的耐介質的環境感測器（10）。
14. 如申請專利範圍第12項所述之耐介質的環境感測器（10），其中該環境感測器（10）由氣體感測器或壓力感測器形成。