WO2015121416A1 - Method for producing a sensor and sensor - Google Patents

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WO2015121416A1
WO2015121416A1 PCT/EP2015/053094 EP2015053094W WO2015121416A1 WO 2015121416 A1 WO2015121416 A1 WO 2015121416A1 EP 2015053094 W EP2015053094 W EP 2015053094W WO 2015121416 A1 WO2015121416 A1 WO 2015121416A1
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WO
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metallic
connecting means
deformation body
metallic connecting
evaluation component
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PCT/EP2015/053094
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Habig
Michael SCHULMEISTER
Original Assignee
Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Publication date
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    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a sensor, which has a deformation element and an evaluation component.
  • the invention further relates to such a sensor.
  • Generic sensors are widely used for example in automobiles or other means of transport.
  • the deformation element is typically formed here such that it changes by a physical quantity to be measured as in ⁇ game as pressure, force or torque in shape. This results in stretching on its surface.
  • the evaluation component is typically mechanically connected to the deformation body to absorb this strain and convert it into a measurement signal. By means of this measuring signal can detect a force acting on the deformable body physical quantity a connected circuit, such as a fürsspe ⁇ zifischer integrated circuit (ASIC).
  • ASIC a connected circuit
  • the mechanical connection between the deformation body and the evaluation component is typically generated by glass solders.
  • a composition consisting of glass solder Zvi ⁇ rule layer thereby has the transfer to be measured elongations unaltered from the deformation member on the Ausensebauelement the task.
  • the glass solder should typically have a high modulus of elasticity and an adapted thermal expansion coefficient.
  • a disadvantage of the use of glass solders are especially high process temperature, the need for a precise temperature profile during Her ⁇ position, a long process time and the need for a complete heating and cooling of deformation element and evaluation component.
  • the invention relates to a method for producing a sensor, which has the following steps:
  • the glass solder known from the prior art is replaced by a metallic compound. This can be heated locally targeted.
  • known methods of operation of the method according to the invention can be used from the soldering technique used in the automotive industry. The process time can thus be significantly reduced and a complete heating and Cooling of the deformation body and evaluation component is no longer necessary.
  • the deformation body is typically a device that responds to a particular physical quantity such as pressure, force or torque. For example, it can be used to measure forces on a pedal or pressures on a valve or torque in a steering system or on the drive system of an electric bicycle.
  • the deformation element is preferably a metal deformation element.
  • stainless steel can be used, for example stainless martensitic curable chromium-nickel-copper steel.
  • steel of the type 17-4 PH or steel with the material number 1.4542 can be used. This has proven itself in practice and in particular in connection with the method according to the invention.
  • the evaluation component is preferably strain-sensitive, so that it can absorb a deformation of the deformation body.
  • it may comprise piezoresistive resistors which can convert the deformation transferred from the deformation body via the metallic connection means into an electrical signal. For this purpose, for example, a defined voltage is applied and the current flow is measured by the piezoresistive resistors.
  • the deformation element is coated with a metallization with which it is adjacent to the contacting of the metal connecting means on ⁇ .
  • the Auswer ⁇ tebauelement is coated with a metallization, with which it adjoins the metallic connecting means after contacting.
  • the metallic bonding agent is preferably located between the two metallization layers prior to the step of heating.
  • connection of the metallic connection means to the deformation body or, respectively can be achieved. be improved to the evaluation device.
  • a complete or partial melting of the respective metallization layer during the heating step can for example be such that a direct material connection between the metal connecting means and the respective Metalli ⁇ s réelles slaughter occurs.
  • the metallic connecting means is melted in the step of heating.
  • the metallic bonding agent is applied as a solder paste or as a metallic preform.
  • the metallic connecting means is heated by applying an alternating electromagnetic field. This allows rapid and also specific heating of the metallic bonding agent. On a complete heating of the deformation body and the ⁇ nuancesbauelements can be advantageously dispensed with.
  • the alternating electromagnetic field can be applied by means of an induction loop.
  • Such Induk ⁇ tion loop can for example be arranged adjacent to the composite of deformation body, metallic connecting means and Ausensebauelement and generate an alternating electromagnetic field which induces eddy currents in the metal connecting means. As a result, an energy is transferred from the induction loop to the metallic connecting means for heating.
  • the deformation element and / or the evaluation component have a respective curved surface with which they adjoin the metallic connection means.
  • This allows the production of special sensors, for example with a rod-shaped deformation body, which has a different characteristic of the conversion of physical quantities into electrical signals as deformation elements with angular surfaces.
  • the deformable body and / or the Ausensebauelement have a depending ⁇ stays awhile flat surface with which they metallic to the Adjacent connection means.
  • the Verfor ⁇ tion body can also be cuboid.
  • the metallic connecting means is formed according to a preferred embodiment of a gold-tin alloy.
  • the metallic connection means is formed of a tin-silver-copper-Le ⁇ yaw.
  • the evaluation component is a silicon component.
  • it may be a silicon chip.
  • a full bridge circuit may be formed on the evaluation component, in particular on a silicon chip. Such a full bridge circuit has proved to be advantageous for typical applications of a sensor made by the method according to the invention.
  • the method further comprises a step of applying an Application Specific Integrated Circuit (ASIC) to the metallic interconnection means prior to the step of heating.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • operational amplifiers or other components may be implemented in CMOS technology, for example.
  • the application specific integrated circuit is coated with a Metalli ⁇ stechniks slaughter, wherein the application specific integrated circuit is so applied to the metallic Verbin ⁇ dung medium, that the metallization layer adjacent to the metal connecting means.
  • the connection between the application-specific integrated circuit and the metallic connection means can be improved.
  • the metallization layer of the application specific integrated circuit advantageously melted in the heating step and a cohesive connection with the metallic connection ⁇ medium can enter.
  • the invention further relates to a sensor which is produced by means of a method according to the invention.
  • a sensor which is produced by means of a method according to the invention.
  • FIG. 1 a sensor according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 a sensor according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 a sectional view through components of a sensor during production.
  • Fig. 1 shows a sensor according to a first embodiment.
  • the sensor has a cuboid, metallic deformation body 2 and an evaluation component applied thereto in the form of a silicon chip 1.
  • the 1 values from ⁇ component is applied directly to the deformable body 2, so that deformation of the deformable body 2 can be detected by the silicon chip.
  • the silicon chip 1 contains a full-bridge circuit, not shown, of piezoresistive resistors.
  • the sensor shown in FIG. 1 according to the first exemplary embodiment is particularly suitable as a force sensor or pressure sensor. If a force, which is shown here by way of example by an arrow labeled F, is exerted on an end of the deformation body 2 shown on the right in FIG. 1, the deformation body 2 deforms in such a way that it bends downwards with its right end , An elongation occurring as a result is converted by the silicon chip 1 into a resistance change and can be evaluated.
  • a force which is shown here by way of example by an arrow labeled F
  • Fig. 2 shows a sensor according to a second embodiment example.
  • an evaluation device in the form of a silicon chip 1 is applied to a deformation body 2.
  • the deformation body 2 according to the second embodiment is not cuboid, but round. He has one _
  • the silicon chip 1 is adapted and has a circular arc segment-shaped, ie curved upper ⁇ surface, with which it adjoins the deformation body 2.
  • the sensor according to the second embodiment is particularly suitable as a torque sensor. If a torque acts on the sensor, which is represented in FIG. 2 by an arrow designated M, this leads to a rotation of the deformation body 2, and thus to corresponding expansions on the surface of the deformation body 2. Such expansions are produced by the silicon body. Chip 1 converted into a resistance change and can be evaluated.
  • Fig. 3 shows a layer sequence of used components and materials of the sensors shown in Figs. 1 and 2 in a state as it occurs during the manufacture of a respective sensor.
  • the sequence of layers is shown along the line designated A-A.
  • a metallization layer 5 is located on the deformation body 2 initially a metallization layer 5. Also, there is a 3.
  • the metallization layers 3, 5 are formed more Metalli ⁇ stechniks slaughter of a metallic material on the silicon chip 1 which melts at temperatures typically reached during processing.
  • solder paste 4 is formed of a suitable material, in this case of a tin-silver-copper alloy.
  • the components are brought further together in the vertical direction, in a typical process control now, so that the solder paste 4 un ⁇ indirectly adjoining to the two metallization layers 3, 5.
  • the solder paste 4 is selectively heated. This is done using an induction coil, which is shown in Fig. 1 in a ty ⁇ european arrangement and designated with reference numeral 6. Through the induction coil 6, an alternating electromagnetic field is generated, which induces 4 eddy currents in the solder paste. The solder paste 4 is heated thereby.
  • the two metallization layers 3, 5 heat up.
  • the solder paste 4 and the metatization layers 3, 5 melt and combine with one another. If the alternating electric field is switched off, the solder paste 4 and the metallization layers 3, 5 cool down again. Since there is a certain mixing at the high temperature, a cohesive connection is formed. Thus, the silicon chip 1 and the deformation body 2 are materially connected to each other.
  • silicon chips are usually attached to metallic deformation bodies.
  • the deformation of the body is changed by the physical quantity to be measured (eg pressure, force, torque) in its form, resulting in, inter alia, on its surface strains or stresses or compressions.
  • the Si chip converts these expansions via the implemented piezoresistive resistors.
  • the mechanical connection between the silicon chip and the metal deformation body is produced according to the prior art by glass solders.
  • This intermediate layer (glass solder) has the task of measuring the strains or voltages or
  • a metallic connecting means (4) is introduced ⁇ .
  • This metallic bonding agent is preferably designed as a solder paste or as a metallic preform. By supplying a local heat source, the bonding agent melts and connects the two metallic layers of the joining partners.
  • An induction loop (6) in the metallic deformation body preferably generates an alternating current flow, which in turn locally generates heat and thus serves as a heat source.
  • FIG. 1 shows metallic deformation body 2 with Si chip 1, wherein metallic deformation body 2 with Si chip 1 for detecting a force F (shown by an arrow) is formed.
  • force F acts on deformation body 2, it bends downwards in FIG. 1, whereby the upper side of deformation body 2, on which Si chip 1 is located, is stretched.
  • This strain is passed through the mechanical connection between the deformation body 2 and Si chip 1 to Si chip 1, whereby a piezoresistive resistance in Si chip changes its electrical resistance. This change in the electrical resistance depends on the strength of the strain and thus of force F.
  • induction loop 6 which induces an alternating current flow in metallic deformation body 2 and in a soldering metallic connecting means (not shown in FIG. 1) and thus provides the heat needed to melt the metallic bonding agent.
  • Fig. 2 shows round metallic deformation body 2 with Si chip 1, wherein metallic deformation body 2 with Si chip 1 for detecting a torque M (shown by an arrow) is formed. Upon application of torque M on Verfor ⁇ mung body 2 undergoes this particular on its surface, where the Si chip 1 is located, an expansion counter to the rotational direction of the arrow shown.
  • This strain is passed through the mechanical connection between the deformation body 2 and Si chip 1 to Si chip 1, whereby a piezoresistive resistance in Si chip its electrical resistance changes.
  • This change in the electrical resistance depends on the strength of the elongation and thus of the torque M. Determining the change in electrical resistance thus allows determination of torque M.
  • FIG. 3 shows, by way of example, a layer structure according to the invention for joining metallic deformation body 2 with Si chip 1.
  • the layer structure furthermore comprises metallic connecting means 4, which melts on induction with appropriate heat supply.
  • Metallic connection means 4 is formed as a solder paste.
  • the layer structure shown in ⁇ way of example includes metallization layers 3 and 5, which are likewise melted and produce a mechanically fixed connection between the deformation body 2 and Si chip. 1
  • the layer structure shown in FIG. 3 does not include the metallization layers 3 and 5.
  • the senor comprises a metallic deformation body and a strain-sensitive silicon chip
  • the senor is a force, pressure and / or torque sensor. 6.
  • System according to at least one of aspects 1 to 5, characterized,
  • At least one signal processing unit is fastened to the deformation element and / or the silicon chip by means of an exothermic reaction.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a sensor and a thus produced sensor. Said sensor comprises a shaping body and an evaluation component. Said shaping body and the evaluation component are interconnected by means of metal joining means, this enables said method to be carried out in a faster and simpler manner than with glass solders which are known in prior art.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Herstellen eines Sensors und Sensor Method for producing a sensor and sensor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors, welcher einen Verformungskörper und ein Auswertebauelement aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen solchen Sensor. The invention relates to a method for producing a sensor, which has a deformation element and an evaluation component. The invention further relates to such a sensor.
Gattungsgemäße Sensoren werden beispielsweise in Automobilen oder anderen Verkehrsmitteln vielfältig eingesetzt. Der Verformungskörper ist dabei typischerweise derart ausgebildet, dass er sich durch eine zu messende physikalische Größe wie bei¬ spielsweise Druck, Kraft oder Drehmoment in seiner Gestalt verändert. Auf seiner Oberfläche ergeben sich dadurch Dehnungen. Das Auswertebauelement ist typischerweise mechanisch mit dem Verformungskörper verbunden, um diese Dehnung aufzunehmen und in ein Messsignal umzuwandeln. Mittels dieses Messsignals kann eine angeschlossene Schaltung, beispielsweise ein Anwendungsspe¬ zifischer Integrierter Schaltkreis (ASIC) eine auf den Verformungskörper wirkende physikalische Größe ermitteln. Generic sensors are widely used for example in automobiles or other means of transport. The deformation element is typically formed here such that it changes by a physical quantity to be measured as in ¬ game as pressure, force or torque in shape. This results in stretching on its surface. The evaluation component is typically mechanically connected to the deformation body to absorb this strain and convert it into a measurement signal. By means of this measuring signal can detect a force acting on the deformable body physical quantity a connected circuit, such as a Anwendungsspe ¬ zifischer integrated circuit (ASIC).
Bei bekannten Sensoren wird die mechanische Verbindung zwischen dem Verformungskörper und dem Auswertebauelement typischerweise durch Glaslote erzeugt. Eine aus Glaslot bestehende Zwi¬ schenschicht hat dabei die Aufgabe, die zu messenden Dehnungen unverfälscht vom Verformungskörper auf das Auswertebauelement zu übertragen. Hierzu soll das Glaslot typischerweise ein hohes Elastizitätsmodul und einen angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Nachteilig an der Verwendung von Glasloten sind insbesondere eine hohe Prozesstemperatur, das Erfordernis eines genauen Temperaturprofils während der Her¬ stellung, eine lange Prozesszeit und die Notwendigkeit eines kompletten Aufheizens und Abkühlens von Verformungskörper und Auswertebauelement . In known sensors, the mechanical connection between the deformation body and the evaluation component is typically generated by glass solders. A composition consisting of glass solder Zvi ¬ rule layer thereby has the transfer to be measured elongations unaltered from the deformation member on the Auswertebauelement the task. For this purpose, the glass solder should typically have a high modulus of elasticity and an adapted thermal expansion coefficient. A disadvantage of the use of glass solders are especially high process temperature, the need for a precise temperature profile during Her ¬ position, a long process time and the need for a complete heating and cooling of deformation element and evaluation component.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors bereitzustellen, welches anders, beispielsweise einfacher ausführbar ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, einen entsprechend hergestellten Sensor bereitzustellen. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und einen Sensor nach Anspruch 15 erreicht. Vorteilhafte Ausge¬ staltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. It is therefore an object of the invention to provide a method for producing a sensor, which is different, for example easier to carry out. It is further an object of the invention to provide a correspondingly manufactured sensor. This is inventively achieved by a method according to claim 1 and a sensor according to claim 15. Advantageous Substituted ¬ staltungen example, can be taken from the respective subclaims. The content of the claims is made by express reference to the content of the description.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors, welches folgende Schritte aufweist: The invention relates to a method for producing a sensor, which has the following steps:
Bereitstellen eines Verformungskörpers,  Providing a deformation body,
Bereitstellen eines Auswertebauelements,  Provision of an evaluation component,
- Aufbringen eines metallischen Verbindungsmittels auf den Verformungskörper oder auf das Auswertebauelement, Applying a metallic bonding agent to the deformation body or to the evaluation component,
Zusammenbringen des Verformungskörpers und des Auswer¬ tebauelements derart, dass das metallische Verbindungs¬ mittel zwischen dem Verformungskörper und dem Auswerte- bauelement angeordnet ist, und Bringing together the deformation body and the Auswer ¬ tebauelements such that the metallic connection ¬ medium between the deformation body and the evaluation component is arranged, and
Erhitzen des metallischen Verbindungsmittels.  Heating the metallic bonding agent.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das aus dem Stand der Technik bekannte Glaslot durch ein metallisches Verbindungs- mittel ersetzt. Dieses lässt sich gezielter lokal erhitzen. Beispielsweise können aus der im Automobilbereich verbreiteten Löttechnik bekannte Arbeitsweisen bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung verwendet werden. Die Prozesszeit kann damit deutlich verringert werden und ein komplettes Aufheizen und Abkühlen von Verformungskörper und Auswertebauelement ist nicht mehr notwendig. In the method according to the invention, the glass solder known from the prior art is replaced by a metallic compound. This can be heated locally targeted. For example, known methods of operation of the method according to the invention can be used from the soldering technique used in the automotive industry. The process time can thus be significantly reduced and a complete heating and Cooling of the deformation body and evaluation component is no longer necessary.
Bei dem Verformungskörper handelt es sich typischerweise um ein Bauelement, welches auf eine bestimmte physikalische Größe wie Druck, Kraft oder Drehmoment reagiert. Beispielsweise können damit Kräfte an einem Pedal oder Drücke an einem Ventil oder ein Drehmoment bei einer Lenkung oder am Antriebssystem eines elektrischen Fahrrads gemessen werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Verformungskörper um einen metallischen Verformungskörper. Dabei kann insbesondere Edelstahl zum Einsatz kommen, beispielsweise nicht rostender martensitisch aushärtbarer Chrom-Nickel-Kupfer-Stahl. Insbesondere kann Stahl des Typs 17-4 PH bzw. Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4542 verwendet werden. Dies hat sich in der Praxis und insbesondere im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bewährt. The deformation body is typically a device that responds to a particular physical quantity such as pressure, force or torque. For example, it can be used to measure forces on a pedal or pressures on a valve or torque in a steering system or on the drive system of an electric bicycle. The deformation element is preferably a metal deformation element. In particular, stainless steel can be used, for example stainless martensitic curable chromium-nickel-copper steel. In particular, steel of the type 17-4 PH or steel with the material number 1.4542 can be used. This has proven itself in practice and in particular in connection with the method according to the invention.
Das Auswertebauelement ist vorzugsweise dehnungssensibel, so dass es eine Verformung des Verformungskörpers aufnehmen kann. In typischen Ausführungen kann es piezoresistive Widerstände aufweisen, welche die von dem Verformungskörper über das metallische Verbindungsmittel übertragene Verformung in ein elektrisches Signal umsetzen können. Hierzu wird beispielsweise eine definierte Spannung angelegt und der Stromfluss wird durch die piezoresistiven Widerstände vermessen. The evaluation component is preferably strain-sensitive, so that it can absorb a deformation of the deformation body. In typical embodiments, it may comprise piezoresistive resistors which can convert the deformation transferred from the deformation body via the metallic connection means into an electrical signal. For this purpose, for example, a defined voltage is applied and the current flow is measured by the piezoresistive resistors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der Verformungskörper mit einer Metallisierungsschicht beschichtet, mit welcher er nach dem Zusammenbringen an das metallische Verbindungsmittel an¬ grenzt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung, welche besonders bevorzugt damit kombinierbar ist, ist das Auswer¬ tebauelement mit einer Metallisierungsschicht beschichtet, mit welcher es nach dem Zusammenbringen an das metallische Verbindungsmittel angrenzt. Insbesondere grenzen bevorzugt die jeweiligen Metallisierungsschichten vor dem Schritt des Erhitzens an die jeweilige Metallisierungsschicht an. Sofern beide Metallisierungsschichten vorhanden sind, liegt das metallische Verbindungsmittel vor dem Schritt des Erhitzens vorzugsweise zwischen den beiden Metallisierungsschichten. According to a preferred embodiment of the deformation element is coated with a metallization with which it is adjacent to the contacting of the metal connecting means on ¬. According to a further preferred embodiment, which is particularly preferably combined with it, the Auswer ¬ tebauelement is coated with a metallization, with which it adjoins the metallic connecting means after contacting. In particular, preferably limit the respective metallization layers prior to the step of heating to the respective metallization layer. If both metallization layers are present, the metallic bonding agent is preferably located between the two metallization layers prior to the step of heating.
Mittels der eben beschriebenen Metallisierungsschichten kann die Verbindung des metallischen Verbindungsmittels zu dem Verformungskörper bzw . zu dem Auswertebauelement verbessert werden . Insbesondere kann eine Stoffschlüssige Verbindung zwischen dem metallischen Verbindungsmittel und der jeweiligen Metalli¬ sierungsschicht ausgebildet werden. Hierzu kann beispielsweise ein vollständiges oder teilweises Aufschmelzen der jeweiligen Metallisierungsschicht beim Schritt des Erhitzens erfolgen, so dass eine unmittelbare Stoffschlüssige Verbindung zwischen dem metallischen Verbindungsmittel und der jeweiligen Metalli¬ sierungsschicht erfolgt. By means of the metallization layers just described, the connection of the metallic connection means to the deformation body or, respectively, can be achieved. be improved to the evaluation device. In particular, can be formed a cohesive connection between the metal connecting means and the respective Metalli ¬ sierungsschicht. For this purpose, a complete or partial melting of the respective metallization layer during the heating step can for example be such that a direct material connection between the metal connecting means and the respective Metalli ¬ sierungsschicht occurs.
Besonders bevorzugt ist somit vorgesehen, dass die Metalli- sierungsschicht des Verformungskörpers und/oder die Metalli¬ sierungsschicht des Auswertebauelements beim Schritt des Er¬ hitzens aufgeschmolzen werden und sich mit dem metallischen Verbindungsmittel verbinden. Dies führt zu einer vorteilhaften Stoffschlüssigen Verbindung und somit zu einer hohen Stabilität und exakten Übertragung der Dehnung. Particular preference is therefore contemplated that the metalizing sierungsschicht of the deformable body and / or the metalli ¬ sierungsschicht of Auswertebauelements the step of He ¬ hitzens are melted and bond with the metal connecting means. This leads to an advantageous cohesive connection and thus to a high stability and exact transmission of the elongation.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird das metallische Verbindungsmittel beim Schritt des Erhitzens aufgeschmolzen. Dies ermöglicht die Ausbildung vorteilhafter Verbindungen, insbe- sondere Stoffschlüssiger Verbindungen, zu dem Verformungskörper, dem Auswertebauelement und/oder jeweiligen Metallisierungsschichten . Bevorzugt wird das metallische Verbindungsmittel als Lotpaste oder als metallischer Vorformling aufgebracht. Diese Ausführungen haben sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen. Sie ermöglichen insbesondere die Verwendung bekannter und bewährter Verfahren aus der Löttechnik. According to a preferred embodiment, the metallic connecting means is melted in the step of heating. This allows the formation of advantageous connections, in particular material-locking connections, to the deformation element, the evaluation component and / or the respective metallization layers. Preferably, the metallic bonding agent is applied as a solder paste or as a metallic preform. These embodiments have proven to be advantageous in practice. They allow, in particular, the use of known and proven methods of soldering.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird das metallische Verbindungsmittel durch Anlegen eines elektromagnetischen Wechselfelds erhitzt. Dies ermöglicht eine schnelle und auch spezifische Erhitzung des metallischen Verbindungsmittels. Auf ein komplettes Aufheizen des Verformungskörpers und des Aus¬ wertebauelements kann vorteilhaft verzichtet werden. According to a preferred embodiment, the metallic connecting means is heated by applying an alternating electromagnetic field. This allows rapid and also specific heating of the metallic bonding agent. On a complete heating of the deformation body and the ¬ wertebauelements can be advantageously dispensed with.
Beispielsweise kann das elektromagnetische Wechselfeld mittels einer Induktionsschleife angelegt werden. Eine solche Induk¬ tionsschleife kann beispielsweise benachbart zu dem Verbund aus Verformungskörper, metallischem Verbindungsmittel und Auswertebauelement angeordnet sein und ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen, welches Wirbelströme in die metallischen Verbindungsmittel induziert. Hierdurch wird eine Energie von der Induktionsschleife auf das metallische Verbindungsmittel zum Erhitzen übertragen. For example, the alternating electromagnetic field can be applied by means of an induction loop. Such Induk ¬ tion loop can for example be arranged adjacent to the composite of deformation body, metallic connecting means and Auswertebauelement and generate an alternating electromagnetic field which induces eddy currents in the metal connecting means. As a result, an energy is transferred from the induction loop to the metallic connecting means for heating.
Gemäß einer Ausführung weisen der Verformungskörper und/oder das Auswertebauelement eine jeweilige gekrümmte Oberfläche auf, mit welcher sie an das metallische Verbindungsmittel angrenzen. Dies ermöglicht die Herstellung von speziellen Sensoren, beispielsweise mit einem stabförmigen Verformungskörper, welcher eine andere Charakteristik der Wandlung von physikalischen Größen in elektrische Signale hat als Verformungskörper mit eckigen Oberflächen. Gemäß einer weiteren Ausführung weisen der Verformungskörper und/oder das Auswertebauelement eine je¬ weilige ebene Oberfläche auf, mit welcher sie an das metallische Verbindungsmittel angrenzen. Beispielsweise kann der Verfor¬ mungskörper auch quaderförmig sein. According to one embodiment, the deformation element and / or the evaluation component have a respective curved surface with which they adjoin the metallic connection means. This allows the production of special sensors, for example with a rod-shaped deformation body, which has a different characteristic of the conversion of physical quantities into electrical signals as deformation elements with angular surfaces. According to another embodiment of the deformable body and / or the Auswertebauelement have a depending ¬ stays awhile flat surface with which they metallic to the Adjacent connection means. For example, the Verfor ¬ tion body can also be cuboid.
Das metallische Verbindungsmittel ist gemäß einer bevorzugten Ausführung aus einer Gold-Zinn-Legierung ausgebildet. Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführung ist das metallische Verbindungsmittel aus einer Zinn-Silber-Kupfer-Le¬ gierung ausgebildet. Die eben genannten Legierungen haben sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie leicht zu verarbeiten sind und eine stabile Verbindung mit vorteilhafter Übertragung von Dehnungen bieten. The metallic connecting means is formed according to a preferred embodiment of a gold-tin alloy. According to a further, likewise preferred embodiment, the metallic connection means is formed of a tin-silver-copper-Le ¬ yaw. The above-mentioned alloys have proved to be particularly advantageous in practice, since they are easy to process and provide a stable connection with advantageous transmission of strains.
Gemäß einer Ausführung ist das Auswertebauelement ein Siliziumbauelement. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Silizium-Chip handeln. Dies ermöglicht eine hohe Variabilität der Gestaltung des Auswertebauelements durch Verwendung etablierter Technologien zur Herstellung solcher Auswertebauelemente . Beispielsweise kann auf dem Auswertebauelement , insbesondere auf einem Silizium-Chip, eine Vollbrückenschaltung ausgebildet sein. Eine solche Vollbrückenschaltung hat sich für typische Anwendungen eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Sensors als vorteilhaft erwiesen. According to one embodiment, the evaluation component is a silicon component. For example, it may be a silicon chip. This allows a high variability of the design of the evaluation component by using established technologies for the production of such evaluation components. For example, a full bridge circuit may be formed on the evaluation component, in particular on a silicon chip. Such a full bridge circuit has proved to be advantageous for typical applications of a sensor made by the method according to the invention.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das Verfahren ferner einen Schritt des Aufbringens eines Anwendungsspezifischen Integrieren Schaltkreises (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) auf das metallische Verbindungsmittel vor dem Schritt des Erhitzens auf. Dies ermöglicht es, nicht nur das Auswertebauelement mit dem Verformungskörper zu verbinden, sondern im gleichen Arbeitsgang auch einen solchen Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltkreis mit aufzubringen. Ein solcher Anwendungsspezifischer Integrierter Schaltkreis ^ According to a preferred embodiment, the method further comprises a step of applying an Application Specific Integrated Circuit (ASIC) to the metallic interconnection means prior to the step of heating. This makes it possible not only to connect the evaluation component to the deformation element, but also to apply such an application-specific integrated circuit in the same operation. Such an application-specific integrated circuit ^
kann insbesondere eine Logik zum Auswerten aufweisen. Beispielsweise kann diese Logik dazu ausgebildet sein, Änderungen von Widerständen des Auswertebauelements zu messen und in ein leichter weiterzuverarbeitendes, beispielsweise digitales Signal umzusetzen. Der Anwendungsspezifische Integrierte Schaltkreis kann beispielsweise in CMOS-Technologie ausgeführt sein. Er kann beispielsweise Operationsverstärker oder andere Komponenten enthalten. may in particular have a logic for evaluation. For example, this logic can be designed to measure changes in resistances of the evaluation component and convert them into an easier-to-process, for example, digital signal. The application specific integrated circuit may be implemented in CMOS technology, for example. It may, for example, contain operational amplifiers or other components.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführung ist der Anwendungsspezifische Integrierte Schaltkreis mit einer Metalli¬ sierungsschicht beschichtet, wobei der Anwendungsspezifische Integrierte Schaltkreis derart auf das metallische Verbin¬ dungsmittel aufgebracht wird, dass die Metallisierungsschicht an das metallische Verbindungsmittel angrenzt. Damit kann in gleicher Weise wie weiter oben mit Bezug auf die Verbindung zwischen dem metallischen Verbindungsmittel und dem Verformungskörper bzw. dem Auswertebauelement beschrieben wurde die Verbindung zwischen dem Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltkreis und dem metallischen Verbindungsmittel verbessert werden. Insbesondere kann auch die Metallisierungsschicht des Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltkreises vorteilhafterweise bei dem Schritt des Erhitzens aufschmelzen und eine Stoffschlüssige Verbindung mit dem metallischen Verbindungs¬ mittel eingehen. According to a further preferred embodiment of the application specific integrated circuit is coated with a Metalli ¬ sierungsschicht, wherein the application specific integrated circuit is so applied to the metallic Verbin ¬ dung medium, that the metallization layer adjacent to the metal connecting means. Thus, in the same manner as described above with respect to the connection between the metallic connection means and the deformation body or the evaluation device, the connection between the application-specific integrated circuit and the metallic connection means can be improved. In particular, the metallization layer of the application specific integrated circuit advantageously melted in the heating step and a cohesive connection with the metallic connection ¬ medium can enter.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Sensor, welcher mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist. Damit können die weiter oben beschriebenen Vorteile des Verfahrens für einen Sensor nutzbar gemacht werden. Hinsichtlich des Verfahrens kann auf alle weiter oben beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend . 0 The invention further relates to a sensor which is produced by means of a method according to the invention. Thus, the advantages of the method described above for a sensor can be utilized. With regard to the method, all embodiments and variants described above can be used. Illustrated benefits apply accordingly. 0
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Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigen: Further features and advantages will be apparent to those skilled in the embodiments described below with reference to the accompanying drawings. Showing:
Fig. 1: einen Sensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2: einen Sensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 3: eine Schnittansicht durch Komponenten eines Sensors während der Herstellung.  1: a sensor according to a first exemplary embodiment, FIG. 2: a sensor according to a second exemplary embodiment, FIG. 3: a sectional view through components of a sensor during production.
Fig. 1 zeigt einen Sensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel . Der Sensor weist einen quaderförmigen, metallischen Verformungskörper 2 sowie ein darauf aufgebrachtes Auswertebauelement in Form eines Silizium-Chips 1 auf. Wie gezeigt ist das Aus¬ wertebauelement 1 unmittelbar auf den Verformungskörper 2 aufgebracht, so dass Verformungen des Verformungskörpers 2 von dem Silizium-Chip 1 erfasst werden können. Hierzu enthält der Silizium-Chip 1 eine nicht dargestellte Vollbrückenschaltung aus piezoresistiven Widerständen. Fig. 1 shows a sensor according to a first embodiment. The sensor has a cuboid, metallic deformation body 2 and an evaluation component applied thereto in the form of a silicon chip 1. As shown, the 1 values from ¬ component is applied directly to the deformable body 2, so that deformation of the deformable body 2 can be detected by the silicon chip. 1 For this purpose, the silicon chip 1 contains a full-bridge circuit, not shown, of piezoresistive resistors.
Der in Fig. 1 dargestellte Sensor gemäß dem ersten Ausfüh- rungsbeispiel ist insbesondere als Kraftsensor oder Drucksensor geeignet. Wird auf ein in Fig. 1 rechts dargestelltes Ende des Verformungskörpers 2 eine Kraft, welche hier beispielhaft durch einen mit F bezeichneten Pfeil dargestellt ist, ausgeübt, so verformt sich der Verformungskörper 2 in der Art, dass er sich mit seinem rechten Ende nach unten biegt. Eine hierdurch auftretende Dehnung wird von dem Silizium-Chip 1 in eine Widerstandsänderung umgesetzt und kann ausgewertet werden. The sensor shown in FIG. 1 according to the first exemplary embodiment is particularly suitable as a force sensor or pressure sensor. If a force, which is shown here by way of example by an arrow labeled F, is exerted on an end of the deformation body 2 shown on the right in FIG. 1, the deformation body 2 deforms in such a way that it bends downwards with its right end , An elongation occurring as a result is converted by the silicon chip 1 into a resistance change and can be evaluated.
Fig. 2 zeigt einen Sensor gemäß einem zweiten Ausführungs- beispiel. Auch hier ist ein Auswertebauelement in Form eines Silizium-Chips 1 auf einem Verformungskörper 2 aufgebracht. Im Unterschied zur Ausführung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Verformungskörper 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht quaderförmig, sondern rund. Er hat deshalb eine _ Fig. 2 shows a sensor according to a second embodiment example. Again, an evaluation device in the form of a silicon chip 1 is applied to a deformation body 2. In contrast to the embodiment according to the first embodiment, the deformation body 2 according to the second embodiment is not cuboid, but round. He has one _
y gebogene Oberfläche. Auch der Silizium-Chip 1 ist dem angepasst und weist eine kreisbogensegmentförmige, also gebogene Ober¬ fläche auf, mit welcher er an dem Verformungskörper 2 angrenzt. Damit eignet sich der Sensor gemäß dem zweiten Ausführungs- beispiel insbesondere als Drehmomentsensor. Wirkt an dem Sensor ein Drehmoment, welches in Fig. 2 durch einen mit M bezeichneten Pfeil dargestellt ist, so führt dies zu einer Verdrehung des Verformungskörpers 2, und damit zu entsprechenden Dehnungen an der Oberfläche des Verformungskörpers 2. Solche Dehnungen werden von dem Silizium-Chip 1 in eine Widerstandsänderung umgesetzt und können ausgewertet werden. y curved surface. Also, the silicon chip 1 is adapted and has a circular arc segment-shaped, ie curved upper ¬ surface, with which it adjoins the deformation body 2. Thus, the sensor according to the second embodiment is particularly suitable as a torque sensor. If a torque acts on the sensor, which is represented in FIG. 2 by an arrow designated M, this leads to a rotation of the deformation body 2, and thus to corresponding expansions on the surface of the deformation body 2. Such expansions are produced by the silicon body. Chip 1 converted into a resistance change and can be evaluated.
Fig. 3 zeigt eine Schichtfolge von verwendeten Komponenten und Materialien der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Sensoren in einem Zustand, wie er während der Herstellung eines jeweiligen Sensors auftritt. Dabei ist die Schichtfolge entlang der jeweils mit A-A bezeichneten Linie dargestellt. Fig. 3 shows a layer sequence of used components and materials of the sensors shown in Figs. 1 and 2 in a state as it occurs during the manufacture of a respective sensor. The sequence of layers is shown along the line designated A-A.
Wie in Fig. 3 zu sehen ist, befindet sich auf dem Verfor- mungskörper 2 zunächst eine Metallisierungsschicht 5. Ebenso befindet sich auf dem Silizium-Chip 1 eine weitere Metalli¬ sierungsschicht 3. Die Metallisierungsschichten 3, 5 sind aus einem metallischen Material ausgebildet, welches bei während der Verarbeitung typischerweise erreichten Temperaturen schmilzt. As can be seen in Fig. 3, is located on the deformation body 2 initially a metallization layer 5. Also, there is a 3. The metallization layers 3, 5 are formed more Metalli ¬ sierungsschicht of a metallic material on the silicon chip 1 which melts at temperatures typically reached during processing.
Zwischen den beiden Metallisierungsschichten 3, 5 befindet sich ein metallisches Verbindungsmittel in Form einer Lotpaste 4. Die Lotpaste 4 ist aus einem geeigneten Material, vorliegend aus einer Zinn-Silber-Kupfer-Legierung, ausgebildet. Between the two metallization layers 3, 5 is a metallic bonding agent in the form of a solder paste 4. The solder paste 4 is formed of a suitable material, in this case of a tin-silver-copper alloy.
Ausgehend von dem in Fig. 3 dargestellten Zustand werden bei einer typischen Verfahrensführung nun die Komponenten in vertikaler Richtung weiter zusammengebracht, so dass die Lotpaste 4 un¬ mittelbar an die beiden Metallisierungsschichten 3, 5 angrenzt. Anschließend wird die Lotpaste 4 selektiv erhitzt. Dies erfolgt mittels einer Induktionsspule, welche in Fig. 1 in einer ty¬ pischen Anordnung dargestellt und mit Bezugszeichen 6 bezeichnet ist. Durch die Induktionsspule 6 wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, welches in der Lotpaste 4 Wirbelströme induziert . Die Lotpaste 4 wird dadurch erwärmt . Außerdem erwärmen sich die beiden Metallisierungsschichten 3, 5. Starting from the state shown in Fig. 3 state, the components are brought further together in the vertical direction, in a typical process control now, so that the solder paste 4 un ¬ indirectly adjoining to the two metallization layers 3, 5. Subsequently, the solder paste 4 is selectively heated. This is done using an induction coil, which is shown in Fig. 1 in a ty ¬ european arrangement and designated with reference numeral 6. Through the induction coil 6, an alternating electromagnetic field is generated, which induces 4 eddy currents in the solder paste. The solder paste 4 is heated thereby. In addition, the two metallization layers 3, 5 heat up.
Durch die Erwärmung schmelzen die Lotpaste 4 sowie die Meta- llisierungsschichten 3, 5 auf und verbinden sich miteinander. Wird das elektrische Wechselfeld abgeschaltet, so kühlen die Lotpaste 4 und die Metallisierungsschichten 3, 5 wieder ab. Da es bei der hohen Temperatur zu einer gewissen Vermischung kommt, wird dabei eine Stoffschlüssige Verbindung ausgebildet. Somit sind auch der Silizium-Chip 1 und der Verformungskörper 2 Stoffschlüssig miteinander verbunden. As a result of the heating, the solder paste 4 and the metatization layers 3, 5 melt and combine with one another. If the alternating electric field is switched off, the solder paste 4 and the metallization layers 3, 5 cool down again. Since there is a certain mixing at the high temperature, a cohesive connection is formed. Thus, the silicon chip 1 and the deformation body 2 are materially connected to each other.
Die eben beschriebene Verfahrensführung ermöglicht eine feste und zuverlässige Verbindung zwischen dem Silizium-Chip 1 und dem Verformungskörper 2 in erheblich kürzerer Zeit als bei Verfahren, welche gemäß dem Stand der Technik bekannt sind. Außerdem kann die Erwärmung lokal begrenzt werden, was die thermische Belastung der Komponenten verringert. Nachfolgend erfolgt eine weitere Beschreibung von Merkmalen, welche für die Erfindung relevant sein können. Es sei verstanden, dass einzelne Merkmale in dieser Beschreibung Merkmalen der vorherigen Beschreibung anhand ihrer Funktionalität oder anhand anderer Kriterien zugeordnet werden können, aber nicht müssen. Alle nachfolgend beschriebenen Merkmale sind mit allen weiter oben beschriebenen Merkmalen in beliebigen Kombinationen und Unterkombinationen kombinierbar. Die Offenbarung dieser Anmeldung umfasst insbesondere auch jegliche Auswahl, Kombina¬ tionen oder Unterkombinationen von weiter oben beschriebenen Merkmalen, wobei eines oder mehrere der nachfolgend be¬ schriebenen Merkmale explizit vom Schutz ausgenommen werden. Die nachfolgenden Ausführungen können beispielsweise auch als eigenständige Beschreibung einer Erfindung oder als Spezifi- zierung der bereits weiter oben beschriebenen Erfindung verstanden werden. The method described above allows a firm and reliable connection between the silicon chip 1 and the deformation body 2 in a considerably shorter time than in methods which are known in the prior art. In addition, the heating can be locally limited, which reduces the thermal load on the components. Below is a further description of features that may be relevant to the invention. It should be understood that individual features in this description may or may not be assigned features of the previous description by virtue of their functionality or other criteria. All features described below can be combined with all features described above in any combinations and sub-combinations. More particularly, the disclosure of this application also includes any selection, Kombina ¬ functions or sub-combinations of above-described Features, wherein one or more of the below described features ¬ be explicitly excluded from protection. The following explanations may, for example, also be understood as an independent description of an invention or as a specification of the invention already described above.
Im Stand der Technik ist es bekannt, insbesondere im Automo¬ bilbereich, auf Siliziumchips basierende Sensoren als Mess- größenwandler zu verwenden. Dabei werden Siliziumchips in der Regel auf metallischen Verformungskörpern befestigt. Der Verformungskörper wird durch die zu messende physikalische Größe (z.B. Druck, Kraft, Drehmoment) in seiner Form verändert , wodurch sich u.a. auf seiner Oberfläche Dehnungen bzw. Spannungen bzw. Stauchungen ergeben. Der Si-Chip wandelt über die implementierten piezoresistiven Widerstände diese Dehnungen bzw. In the prior art it is known, especially in Automo ¬ bilbereich to use on silicon chips based sensors as measuring size converter. In this case, silicon chips are usually attached to metallic deformation bodies. The deformation of the body is changed by the physical quantity to be measured (eg pressure, force, torque) in its form, resulting in, inter alia, on its surface strains or stresses or compressions. The Si chip converts these expansions via the implemented piezoresistive resistors.
Spannungen bzw. Stauchungen in ein Messsignal um. Voltages or compressions into a measuring signal.
Die mechanische Verbindung zwischen dem Silizium Chip und dem metallischen Verformungskörper wird gemäß dem Stand der Technik durch Glaslote erzeugt. Diese Zwischenschicht (Glaslot) hat die Aufgabe, die zu messenden Dehnungen bzw. Spannungen bzw. The mechanical connection between the silicon chip and the metal deformation body is produced according to the prior art by glass solders. This intermediate layer (glass solder) has the task of measuring the strains or voltages or
Stauchungen möglichst unverfälscht vom metallischen Verformungskörper auf den Si-Chip zu übertragen. Um diese Dehnungen möglichst unverfälscht zu übertragen, wird ein hohes Elasti¬ zitätsmodul und ein angepasster thermischer Ausdehnungskoef¬ fizient der Zwischenschicht benötigt. To transmit compressions as true as possible from the metallic deformation body on the Si chip. In order to transmit these strains accurately as possible, a high Elasti ¬ zitätsmodul and an adapted thermal Ausdehnungskoef ¬ fizient the intermediate layer is required.
Nachteilig an der bisher eingesetzten Glaslotverbindungstechnik sind jedoch folgende Aspekte:  However, a disadvantage of the glass solder connection technique used hitherto is the following aspects:
- Hohe Prozesstemperatur - High process temperature
Genaues Temperaturprofil  Precise temperature profile
Sehr lange Prozesszeit (unter Temperatur)  Very long process time (under temperature)
Komplettes Aufheizen und Abkühlen der Fügepartner  Complete heating and cooling of the joining partners
(Verformungskörper, Si-Chip) notwendig Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt vorgesehen, eine verbesserte Verbindungstechnik auf Basis eines erfindungsgemäßen (Deformation body, Si chip) necessary According to the invention, it is preferably provided an improved connection technique based on an inventive
Lötvorgangs bereitzustellen. Zwischen die beiden mit einer Metallisierungsschicht (3, 5) versehenen Fügepartner (1, 2), nämlich den metallischen Verformungskörper (2) und den Silizium Chip (1) wird ein metallisches Verbindungsmittel (4) einge¬ bracht. Dieses metallische Verbindungsmittel ist bevorzugt als Lotpaste oder als metallischer Vorformling ausgeführt. Durch Zuführen einer lokalen Wärmequelle schmilzt das Verbindungs- mittel auf und verbindet die beiden metallischen Schichten der Fügepartner. Bevorzugt erzeugt dabei eine Induktionsschleife (6) im metallischen Verformungskörper einen Wechselstromfluss , der wiederum lokal Hitze erzeugt und somit als Wärmequelle dient. Die wesentlichen Vorteile dieser Erfindung sind: To provide soldering. Between the two with a metallization layer (3, 5) provided with joining parts (1, 2), namely, the metallic deformable body (2) and the silicon chip (1) is a metallic connecting means (4) is introduced ¬. This metallic bonding agent is preferably designed as a solder paste or as a metallic preform. By supplying a local heat source, the bonding agent melts and connects the two metallic layers of the joining partners. An induction loop (6) in the metallic deformation body preferably generates an alternating current flow, which in turn locally generates heat and thus serves as a heat source. The main advantages of this invention are:
Hoher lokaler Temperatureintrag  High local temperature entry
Kurze Prozesszeit  Short process time
Komplettes Aufheizen und Abkühlen der Fügepartner  Complete heating and cooling of the joining partners
(Verformungskörper, Si-Chip) nicht notwendig  (Deformation body, Si chip) not necessary
- Standardisiertes Verfahren - Standardized procedure
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den weiter unten aufgezählten Aspekten und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren. Dabei wird auf die gleichen Figuren Bezug genommen, welche bereits weiter oben erläutert wurden. Further preferred embodiments will become apparent from the below enumerated aspects and the following description of an embodiment with reference to figures. Reference is made to the same figures, which have already been explained above.
Es zeigen Fig. 1 einen metallischen Verformungskörper mit einem 1 shows a metallic deformation body with a
Si-Chip zum Erfassen einer Kraft,  Si chip for detecting a force,
Fig. 2 einen metallischen Verformungskörper mit einem 2 shows a metallic deformation body with a
Si-Chip zum Erfassen eines Drehmoments, und Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Schichtaufbau zum Zusammenfügen eines metallischen Verformungskörpers und eines Si-Chips. Fig. 1 zeigt metallischen Verformungskörper 2 mit Si-Chip 1, wobei metallischer Verformungskörper 2 mit Si-Chip 1 zum Erfassen einer Kraft F (dargestellt durch einen Pfeil) ausgebildet ist. Bei Einwirken von Kraft F auf Verformungskörper 2 biegt sich dieser in Fig. 1 nach unten, wodurch die Oberseite von Ver- formungskörper 2, auf welcher sich Si-Chip 1 befindet, gedehnt wird. Diese Dehnung wird durch die mechanische Verbindung zwischen Verformungskörper 2 und Si-Chip 1 an Si-Chip 1 weitergegeben, wodurch ein piezoresistiver Widerstand in Si-Chip seinen elektrischen Widerstandswert ändert. Diese Änderung des elektrischen Widerstandswerts hängt dabei von der Stärke der Dehnung und damit von Kraft F ab. Ein Bestimmen der Änderung elektrischen Widerstandswerts ermöglicht somit ein Bestimmen von Kraft F. Oberhalb von Si-Chip 1 ist außerdem Induktionsschleife 6 dargestellt, die einen Wechselstromfluss in metallischen Verformungskörper 2 und in ein als Lot dienendes metallisches Verbindungsmittel (nicht dargestellt in Fig. 1) induziert und somit die zum Aufschmelzen des metallischen Verbindungsmittels benötigte Wärmezufuhr bereitstellt. Fig. 2 zeigt runden metallischen Verformungskörper 2 mit Si-Chip 1, wobei metallischer Verformungskörper 2 mit Si-Chip 1 zum Erfassen eines Drehmoments M (dargestellt durch einen Pfeil) ausgebildet ist. Bei Einwirken von Drehmoments M auf Verfor¬ mungskörper 2 erfährt dieser insbesondere an seiner Oberfläche, wo sich Si-Chip 1 befindet, eine Dehnung entgegen der Drehrichtung des dargestellten Pfeils. Diese Dehnung wird durch die mechanische Verbindung zwischen Verformungskörper 2 und Si-Chip 1 an Si-Chip 1 weitergegeben, wodurch ein piezoresistiver Widerstand in Si-Chip seinen elektrischen Widerstandswert ändert. Diese Änderung des elektrischen Widerstandswerts hängt dabei von der Stärke der Dehnung und damit von Drehmoments M ab. Ein Bestimmen der Änderung elektrischen Widerstandswerts ermöglicht somit ein Bestimmen von Drehmoment M. Si chip for detecting a torque, and Fig. 3 shows a layer structure according to the invention for joining a metallic deformation body and a Si chip. Fig. 1 shows metallic deformation body 2 with Si chip 1, wherein metallic deformation body 2 with Si chip 1 for detecting a force F (shown by an arrow) is formed. When force F acts on deformation body 2, it bends downwards in FIG. 1, whereby the upper side of deformation body 2, on which Si chip 1 is located, is stretched. This strain is passed through the mechanical connection between the deformation body 2 and Si chip 1 to Si chip 1, whereby a piezoresistive resistance in Si chip changes its electrical resistance. This change in the electrical resistance depends on the strength of the strain and thus of force F. Determining the change in the electrical resistance value thus makes it possible to determine force F. Above Si chip 1, induction loop 6 is also shown, which induces an alternating current flow in metallic deformation body 2 and in a soldering metallic connecting means (not shown in FIG. 1) and thus provides the heat needed to melt the metallic bonding agent. Fig. 2 shows round metallic deformation body 2 with Si chip 1, wherein metallic deformation body 2 with Si chip 1 for detecting a torque M (shown by an arrow) is formed. Upon application of torque M on Verfor ¬ mung body 2 undergoes this particular on its surface, where the Si chip 1 is located, an expansion counter to the rotational direction of the arrow shown. This strain is passed through the mechanical connection between the deformation body 2 and Si chip 1 to Si chip 1, whereby a piezoresistive resistance in Si chip its electrical resistance changes. This change in the electrical resistance depends on the strength of the elongation and thus of the torque M. Determining the change in electrical resistance thus allows determination of torque M.
Fig. 3 zeigt beispielhaft einen erfindungsgemäßen Schichtaufbau zum Zusammenfügen von metallischem Verformungskörper 2 mit Si-Chip 1. Der Schichtaufbau umfasst weiterhin metallisches Verbindungsmittel 4, welches bei entsprechender Wärmezufuhr über Induktion aufschmilzt. Metallisches Verbindungsmittel 4 ist dabei als Lotpaste ausgebildet. Außerdem umfasst der bei¬ spielhaft dargestellte Schichtaufbau Metallisierungsschichten 3 und 5, welche ebenfalls aufgeschmolzen werden und eine mechanisch feste Verbindung zwischen Verformungskörper 2 und Si-Chip 1 erzeugen. 3 shows, by way of example, a layer structure according to the invention for joining metallic deformation body 2 with Si chip 1. The layer structure furthermore comprises metallic connecting means 4, which melts on induction with appropriate heat supply. Metallic connection means 4 is formed as a solder paste. In addition, the layer structure shown in ¬ way of example includes metallization layers 3 and 5, which are likewise melted and produce a mechanically fixed connection between the deformation body 2 and Si chip. 1
Gemäß einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der in Fig. 3 dargestellte Schichtaufbau nicht die Metallisierungsschichten 3 und 5. According to a further embodiment, not shown, the layer structure shown in FIG. 3 does not include the metallization layers 3 and 5.
Nachfolgend soll noch eine systematische Aufzählung einiger Aspekte erfolgen. Es handelt sich dabei nicht um die Patent¬ ansprüche dieser Anmeldung, es sei jedoch verstanden, dass die nachfolgende Aufzählung als Patentansprüche verwendet werden können. Below is a systematic list of some aspects. It is not doing the patent ¬ claims of this application, but it should be understood that the following list can be used as claims.
1. Herstellungsverfahren für einen Sensor, 1. Manufacturing Method for a Sensor,
wobei der Sensor einen metallischen Verformungskörper und einen dehnungssensiblen Silizium-Chip umfasst, wherein the sensor comprises a metallic deformation body and a strain-sensitive silicon chip,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine mechanische Verbindung zwischen dem Verformungskörper und dem Silizium-Chip durch ein metallisches Verbindungsmittel hergestellt wird. 2. Verfahren nach Aspekt 1, that a mechanical connection between the deformation body and the silicon chip is produced by a metallic connecting means. 2. Method according to Aspect 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das metallische Verbindungsmittel mittels eines Wech¬ selstromflusses aufgeschmolzen wird. 3. Verfahren nach mindestens einem der Aspekte 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, that the metallic bonding agent is melted by means of a Wech ¬ selstromflusses. 3. Method according to at least one of aspects 1 and 2, characterized
dass das metallische Verbindungsmittel mittels eines Induk¬ tionseffekts aufgeschmolzen wird. 4. Verfahren nach mindestens einem der Aspekte 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, that the metallic bonding agent is melted by means of a Induk ¬ tion effect. 4. Method according to at least one of aspects 1 to 3, characterized
dass der Verformungskörper und den Silizium-Chip gekrümmte Oberflächen aufweisen. 5. Verfahren nach mindestens einem der Aspekte 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, the deformation body and the silicon chip have curved surfaces. 5. Method according to at least one of aspects 1 to 4, characterized
dass der Sensor ein Kraft-, Druck- und/oder Drehmomentsensor ist. 6. System nach mindestens einem der Aspekte 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, the sensor is a force, pressure and / or torque sensor. 6. System according to at least one of aspects 1 to 5, characterized,
dass weiterhin mindestens eine Signalverarbeitungseinheit (ASIC) mittels einer exothermen Reaktion am Verformungskörper und/oder am Silizium-Chip befestigt wird. in that, furthermore, at least one signal processing unit (ASIC) is fastened to the deformation element and / or the silicon chip by means of an exothermic reaction.
7. Verfahren nach mindestens einem der Aspekte 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, 7. Method according to at least one of aspects 1 to 6, characterized
dass das der Verformungskörper, der Silizium-Chip sowie das metallische Verbindungsmittel zum Zusammenfügen des Verfor¬ mungskörper und des Silizium-Chips übereinander geschichtet werden . that the deformation of the body, the silicon chip and the metal connecting means for joining the Verfor ¬ mung body and the silicon chip are stacked.
Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar. The claims belonging to the application do not constitute a waiver of the achievement of further protection.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen. If, in the course of the procedure, it turns out that a feature or a group of features is not absolutely necessary, it is already desired on the applicant side to formulate at least one independent claim which no longer has the feature or the group of features. This may, for example, be a subcombination of a claim present at the filing date or a subcombination of a claim limited by further features of a claim present at the filing date. Such newly formulated claims or feature combinations are to be understood as covered by the disclosure of this application.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen . It should also be noted that embodiments, features and variants of the invention, which are described in the various embodiments or exemplary embodiments and / or shown in the figures, can be combined with each other as desired. Single or multiple features are arbitrarily interchangeable. Resulting feature combinations are to be understood as covered by the disclosure of this application.
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden. Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden. Recoveries in dependent claims are not to be understood as a waiver of obtaining independent, objective protection for the features of the dependent claims. These features can also be combined as desired with other features. Features that are disclosed only in the specification or features that are disclosed in the specification or in a claim only in conjunction with other features may, in principle, be of independent significance to the invention. They can therefore also be included individually in claims to distinguish them from the prior art.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Sensors, Method for producing a sensor,
welches folgende Schritte aufweist: which has the following steps:
Bereitstellen eines Verformungskörpers (2), Providing a deformation body (2),
Bereitstellen eines Auswertebauelements (1), Providing an evaluation component (1),
Aufbringen eines metallischen Verbindungsmittels (4) auf den Verformungskörper (2) oder auf das Auswertebauelement (1) , Applying a metal connecting means (4) to the deformation body (2) or to the evaluation component (1),
Zusammenbringen des Verformungskörpers (2) und des Aus¬ wertebauelements (1) derart, dass das metallische Ver¬ bindungsmittel (4) zwischen dem Verformungskörper (2) und dem Auswertebauelement (1) angeordnet ist, und Bringing together the deformation body (2) and the evaluation component (1) in such a way that the metallic connection means (4) is arranged between the deformation body (2) and the evaluation component (1), and
Erhitzen des metallischen Verbindungsmittels (4). Heating the metallic connecting agent (4).
Verfahren nach Anspruch 1, Method according to claim 1,
wobei der Verformungskörper (2) mit einer Metallisierungsschicht (5) beschichtet ist, mit welcher er nach dem Zusammenbringen an das metallische Verbindungsmittel (4) angrenzt . wherein the deformation body (2) is coated with a metallization layer (5), with which it adjoins the metallic connecting means (4) after being brought together.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auswertebauelement (1) mit einer Metallisie¬ rungsschicht (3) beschichtet ist, mit welcher es nach dem Zusammenbringen an das metallische Verbindungsmittel (4) angrenzt . Method according to one of the preceding claims, wherein the evaluation component (1) is coated with a metallization layer (3), with which it adjoins the metallic connecting means (4) after being brought together.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, Method according to one of claims 2 or 3,
wobei die Metallisierungsschicht (5) des Verformungs¬ körpers wherein the metallization layer (5) of the deformation body
(2) und/oder die Metallisierungsschicht (2) and/or the metallization layer
(3) des Auswertebauelements (1) beim Schritt des Erhitzens auf¬ geschmolzen werden und sich mit dem metallischen Verbindungsmittel (3) of the evaluation component (1) is melted to ¬ during the heating step and bonded to the metallic connecting means
(4) verbinden. (4) connect.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das metallische Verbindungsmittel (4) beim Schritt des Erhitzens aufgeschmolzen wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the metallic connecting means (4) is melted during the heating step.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Method according to one of the preceding claims,
wobei das metallische Verbindungsmittel (4) als Lotpaste oder als metallischer Vorformling aufgebracht wird. wherein the metallic connecting agent (4) is applied as a solder paste or as a metallic preform.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Method according to one of the preceding claims,
wobei das metallische Verbindungsmittel (4) durch Anlegen eines elektromagnetischen Wechselfelds erhitzt wird. wherein the metallic connecting means (4) is heated by applying an alternating electromagnetic field.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Method according to one of the preceding claims,
wobei der Verformungskörper (2) und/oder das Auswerte- bauelement (1) eine jeweilige gekrümmte Oberfläche auf¬ weisen, mit welcher sie an das metallische Verbindungs¬ mittel (4) angrenzen. wherein the deformation body (2) and/or the evaluation component (1) have a respective curved surface with which they adjoin the metallic connecting means (4).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. Method according to one of the preceding claims,
wobei das metallische Verbindungsmittel (4) aus einer wherein the metallic connecting means (4) consists of a
Gold-Zinn-Legierung ausgebildet ist. Gold-tin alloy is formed.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 10. Method according to one of claims 1 to 8,
wobei das metallische Verbindungsmittel (4) aus einer Zinn-Silber-Kupfer-Legierung ausgebildet ist. wherein the metallic connecting means (4) is made of a tin-silver-copper alloy.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 11. Method according to one of the preceding claims,
wobei das Auswertebauelement (1) ein Siliziumbauelement ist . wherein the evaluation component (1) is a silicon component.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Method according to one of the preceding claims,
welches ferner einen Schritt des Aufbringens eines An¬ wendungsspezifischen Integrierten Schaltkreises, ASIC, auf das metallische Verbindungsmittel (4) vor dem Schritt des Erhitzens aufweist. which further includes a step of applying an application - specific integrated circuit, ASIC the metallic connecting means (4) before the heating step.
Verfahren nach Anspruch 12, Method according to claim 12,
wobei der Anwendungsspezifische Integrierte Schaltkreis mit einer Metallisierungsschicht beschichtet ist, und wobei der Anwendungsspezifische Integrierte Schaltkreis derart auf das metallische Verbindungsmittel (4) aufgebracht wird, dass die Metallisierungsschicht an das metallische Ver¬ bindungsmittel (4) angrenzt. wherein the application-specific integrated circuit is coated with a metallization layer, and wherein the application-specific integrated circuit is applied to the metallic connecting means (4) in such a way that the metallization layer adjoins the metallic connecting means (4).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verformungskörper (2) aus Edelstahl ausgebildet ist . Method according to one of the preceding claims, wherein the deformation body (2) is made of stainless steel.
Sensor, welcher mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist. Sensor which is produced by a method according to one of the preceding claims.
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