DE10053307B4 - Capsule for microsensors, encapsulation of microsensors and capsule element - Google Patents
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Abstract
Kapsel
für Mikrosensoren,
mit
einem ersten Kapselelement (10), und
einem zweiten
Kapselelement (20), das mit dem ersten Kapselelement (10) verbunden
ist um einen Innenraum zwischen den Kapselelementen (10, 20) auszubilden,
gekennzeichnet
durch
mindestens eine Metallisierung (22, 26), die als Bondverbindung
zur Verbindung der beiden Kapselelemente (10, 20) und zugleich als
Kontaktierung für
eine elektrisch leitende Verbindung vom Innenraum nach außen dient,
wobei die Metallisierung (22, 26) mit mindestens einer elektrisch leitenden
Kontaktdurchführung
(13, 14, 15) elektrisch leitend verbunden ist, die sich durch das
erste Kapselelement (10) und/oder durch das zweite Kapselelement
(20) erstreckt.Capsule for microsensors, with
a first capsule element (10), and
a second capsule element (20) connected to the first capsule element (10) to form an interior space between the capsule elements (10, 20),
marked by
at least one metallization (22, 26) serving as a bonding connection for connecting the two capsule elements (10, 20) and at the same time as a contact for an electrically conductive connection from the interior to the outside, wherein the metallization (22, 26) with at least one electrically conductive Contact bushing (13, 14, 15) is electrically conductively connected, which extends through the first capsule element (10) and / or through the second capsule element (20).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kapsel für Mikrosensoren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, ein Verfahren zur Verkapselung von Mikrosensoren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 11, sowie ein Kapselelement gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 17.The The present invention relates to a capsule for microsensors according to the preamble of claim 1, a method of encapsulating microsensors according to the generic term of claim 11, and a capsule element according to the preamble of claim 17.
Mikrosensoren, wie beispielsweise Drucksensoren oder Beschleunigungssensoren, sind in vielen Fällen in einer Kapsel untergebracht bzw. verkapselt, oder sie umfassen allgemein eine Kapsel. Eine derartige Kapsel hat einen Innenraum, der abgeschlossen bzw. vom Außenraum getrennt ist und in dem der Sensor oder Teile davon untergebracht sind. Dabei besteht das Problem der Kontaktdurchführung bei der Verkapselung der Sensoren bzw. Mikrosensoren. Weiterhin muss gewährleistet sein, dass der Innenraum der Kapsel auch bei hohen Arbeitstemperaturen des Sensors dauerhaft und dicht abgeschlossen ist. Gleichzeitig müssen sichere elektrische Kontakte zur Kontaktierung des Sensors im Innenraum der Kapsel gewährleistet sein. Hinzu kommt, dass die verkapselten Sensoren oder Mikrosensoren kostengünstig herstellbar sein sollen.Microsensors, such as pressure sensors or acceleration sensors are in many cases housed in a capsule, or encapsulate generally a capsule. Such a capsule has an interior, the completed or from the outside space is separated and in which the sensor or parts thereof housed are. There is the problem of contact implementation at the encapsulation of the sensors or microsensors. Still must guaranteed be that the interior of the capsule even at high working temperatures the sensor is permanently and tightly closed. simultaneously have to safe electrical contacts for contacting the sensor in the interior of the Capsule guaranteed be. In addition, the encapsulated sensors or microsensors economical should be produced.
Die
Die
Druckschrift
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Bisher erfolgt die Verkapselung von Mikrosensoren bzw. Siliziumsensoren, indem Bondrahmen mit implantationsdotierten Leiterbahnen untertunnelt werden. Dabei bestehen die Bondrahmen zumeist aus Glas für anodische Bondungen. Die implantationsdotierten Leiterbahnen haben den Vorteil, dass sie nicht erhaben sind bzw. über Bauteiloberflächen hinausragen, weshalb sie das Bondverfahren unter diesem Aspekt nicht negativ beeinflussen. In vielen Fällen ist es jedoch nicht möglich, implantationsdotierte Leiterbahnen vorzusehen.So far the encapsulation of microsensors or silicon sensors, by tunneling bonding frames with implantation-doped tracks. The bonding frames usually consist of glass for anodic bonding. The Implantation-doped interconnects have the advantage that they are not exalted or over Protrude component surfaces, which is why it does not negatively affect the bonding process from this point of view influence. In many cases but it is not possible implantation doped tracks provide.
Es wurde versucht, das Problem erhabener Kontaktdurchführungen dadurch zu umgehen, dass Zusatzschichten auf Metallisierungen, die zur Kontaktdurchführung dienen, aufgebracht werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Zusatzschichten aufwendig durch Polierverfahren oder ähnliches geglättet werden müssen. Hinzu kommt, dass derartige Verfahren weder für die Prozessierung bzw. Herstellung, noch für den Betrieb des Sensors bei hohen Temperaturen geeignet sind.It was trying to solve the problem of elevated contact performance To circumvent this, that additional layers on metallizations, the to carry out the contact serve, be applied. However, this has the disadvantage that the Additional layers consuming by polishing or the like smoothed Need to become. In addition, such processes neither for the processing or production, still for the operation of the sensor are suitable at high temperatures.
Hohe Temperaturen erfordern hochtemperaturbeständige Materialien. Unter diesen Voraussetzungen ist die Implantation schwierig bzw. scheidet aus technologischen Gründen aus.Height Temperatures require high temperature resistant materials. Under these Prerequisites, the implantation difficult or excretes technological reasons out.
Die Implantation eines Durchführungskanals bzw. die Untertunnelung mit Implantationsdotierten Leiterbahnen oder das Überdecken von Metallisierungen mit Verbindungsschichten und anschließendem Glätten haben daher erhebliche Nachteile im Hinblick auf eine kostengünstige Herstellung des verkapselten Mikrosensors und/oder im Hinblick auf seinen Betrieb insbesondere bei hohen Temperaturen.The Implantation of a feed-through channel or the tunneling with implantation-doped tracks or the covering metallization with tie layers and then smoothing Therefore, significant disadvantages in terms of cost-effective production the encapsulated microsensor and / or in view of its operation especially at high temperatures.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kapsel für Mikrosensoren zu schaffen, die einfacher herstellbar und hochtemperaturtauglich ist, sowie hermetisch dicht ausgestaltet werden kann. Weiterhin soll ein Verfahren zur Verkapselung von Mikrosensoren angegeben werden, das vereinfacht durchgeführt werden kann und die Herstellung von hochtemperaturtauglichen, hermetisch dichten Verkapselungen von Mikrosensoren ermöglicht. Darüber hinaus soll ein Kapselelement geschaffen werden, das eine vereinfachte Herstellung der Kapsel bzw. Verkapselung, und ggf. eine vereinfachte Anbindung der Kapsel an das Gehäuse ermöglicht.It It is therefore the object of the present invention to provide a capsule for microsensors to create, the easier to produce and suitable for high temperatures is, as well as hermetically tight can be configured. Farther to specify a method for the encapsulation of microsensors be done in a simplified way can be and the production of high temperature, hermetic dense encapsulations of microsensors allows. In addition, a capsule element be created, which is a simplified production of the capsule or encapsulation, and possibly a simplified connection of the capsule to the housing allows.
Diese Aufgabe wird gelöst, durch die Kapsel für Mikrosensoren gemäß Patentanspruch 1, das Verfahren zur Verkapselung von Mikrosensoren gemäß Patentanspruch 11 und das Kapselelement gemäß Patentanspruch 17. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.These Task is solved through the capsule for Microsensors according to claim 1, the method for encapsulation of microsensors according to claim 11 and the capsule element according to claim 17. Further advantageous features, aspects and details of the invention arise from the dependent ones claims, the description and the drawings.
Vorteile und Merkmale, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kapsel oder dem Kapselelement beschrieben werden, gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.advantages and features associated with the capsule of the invention or the capsule element, also apply to the process according to the invention and vice versa.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kapsel für Mikrosensoren geschaffen, die ein erstes und ein zweites Kapselelement aufweist, wobei die beiden Kapselelemente miteinander verbunden sind um einen Innenraum zwischen den Kapselelementen auszubilden, und wobei mindestens eine Metallisierung vorgesehen ist, die als Bondverbindung zur Verbindung der beiden Kapselelemente und zugleich als Kontaktierung für eine elektrisch leitende Verbindung vom Innenraum nach außen dient, wobei die Metallisierung mit mindestens einer elektrisch leitenden Kontaktdurchführung elektrisch leitend verbunden ist, die sich durch das erste Kapselelement und/oder durch das zweite Kapselelement erstreckt. Dadurch ist die Kapsel einfacher und damit auch kostengünstiger herstellbar und z. B. auch bei hohen Temperaturen einsetzbar. Die maximale Arbeitstemperatur des Sensors kann z. B. im Bereich von 650°C und höher liegen. Dabei ist die hermetische Abriegelung des Innenraums bzw. druck- oder gasdichte Kontaktdurchführung gewährleistet.According to the present Invention is a capsule for Microsensors are created that include a first and a second capsule element has, wherein the two capsule elements connected to each other are to form an interior space between the capsule elements, and wherein at least one metallization is provided, which as Bond connection for connecting the two capsule elements and at the same time as contact for an electrically conductive connection from the interior to the outside, wherein the metallization with at least one electrically conductive contact bushing electrically is conductively connected through the first capsule element and / or through the second capsule element extends. This makes the capsule easier and therefore cheaper can be produced and z. B. also used at high temperatures. The maximum working temperature of the sensor can z. In the range of 650 ° C and higher. The hermetic sealing of the interior or pressure or gastight contact feedthrough guaranteed.
Vorteilhafterweise umfasst die Metallisierung mindestens zwei Metalle oder Legierungen, die einen unterschiedlichen Schmelzpunkt haben. Dadurch kann bei einer entsprechenden Prozesstemperatur die Metallisierung zum Teil geschmolzen werden, wodurch sich bei der Herstellung der Kapsel eine hohe Formstabilität der Metallisierungsbereiche ergibt. Dabei umfasst die Metallisierung bevorzugt Titan und Kupfer, wobei insbesondere Kupfer auf Titan aufgebracht sein kann. Beim Verbindungsprozess mit einer Arbeitstemperatur, die höher ist als der Schmelzpunkt von Kupfer, jedoch niedriger als der Schmelzpunkt von Titan, bleibt die Metallisierung in besonders hohem Maße formstabil. Es erfolgt also kein Zerfließen der Metallisierung.advantageously, the metallization comprises at least two metals or alloys, which have a different melting point. This can be done at a corresponding process temperature metallization in part be melted, resulting in the production of the capsule a high dimensional stability of the metallization areas. This includes the metallization preferably titanium and copper, in particular copper on titanium can be applied. In the connection process with a working temperature, the higher is the melting point of copper but lower than the melting point of titanium, the metallization remains particularly dimensionally stable. So there is no bleeding the metallization.
Bevorzugt sind das erste und das zweite Kapselelement durch die Metallisierung miteinander verlötet, wobei die Metallisierung eine elektrisch leitende Kontaktschicht bildet. Durch die zweifache Funktion der Metallisierung, die einerseits zum Verlöten der Kapselelemente und andererseits zur Bildung einer elektrisch leitenden Kontaktschicht dient, kann das Verbinden der Kapselelemente und die Kontaktierung von Sensorelementen im Innenraum der Kapsel in einem einzigen Verfahrensschritt erfolgen.Prefers are the first and second capsule elements through the metallization soldered together, wherein the metallization is an electrically conductive contact layer forms. Due to the dual function of metallization, on the one hand for soldering the capsule elements and on the other hand to form an electrical conductive contact layer is used, the bonding of the capsule elements and the contacting of sensor elements in the interior of the capsule take place in a single process step.
Durch die hohe Temperatur während des Lötschrittes erfolgt eine Temperung der Metallisierung, d. h. die Kontaktwiderstände verhalten sich nach Temperung ohmsch.By the high temperature during of the soldering step a tempering of the metallization, d. H. behave the contact resistance ohmic after tempering.
Die Metallisierung kann voneinander getrennte Metallisierungsbereiche umfassen. Ein Metallisierungsbereich oder auch eine weitere Metallisierung kann den Innenraum hermetisch und/oder druckdicht verschließen.The Metallization can be separated metallization areas include. A metallization area or another metallization can close the interior hermetically and / or pressure-tight.
Bevorzugt umfasst die Kapsel mindestens eine elektrisch leitende Kontaktdurchführung, die mit der Metallisierung elektrisch leitend verbunden ist und/oder aus im Wesentlichen demselben Material wie die Kontaktschicht gefertigt ist. Auch kann die Kontaktdurchführung selbst z. B. in Teilbereichen eine Kontaktschicht bilden. Auch dadurch kann in einem Arbeitsgang bzw. Verfahrensschritt die Kontaktierung erfolgen.Prefers the capsule comprises at least one electrically conductive contact bushing, the is electrically connected to the metallization and / or made of substantially the same material as the contact layer is. Also, the contact implementation even z. B. form a contact layer in partial areas. Also by it can in one step or step the contacting respectively.
Bevorzugt ist das erste Kapselelement und/oder das zweite Kapselelement scheiben- oder plattenförmig bzw. als Chip ausgestaltet, wobei sich mindestens eine Kontaktdurchführung durch das erste Kapselelement und/oder durch das zweite Kapselelement erstreckt. Die Kapselelemente können z. B. aus Siliziumcarbid bzw. SiC gefertigt sein. Auch ist eine Fertigung in SO-Technologie, Gruppe-III-Nitride auf Saphir, oder SOS-Technologie möglich. D. h. es können hochtemperaturtaugliche Halbleiter-Materialien verwendet werden. Bevorzugt erfolgt eine mikromechanische Fertigung. (SOI = Silicon an Insulator; SOS = Silicon an Saphire).Prefers is the first capsule element and / or the second capsule element disc-shaped or plate-shaped or designed as a chip, wherein at least one contact implementation by the first capsule element and / or by the second capsule element extends. The capsule elements can z. B. be made of silicon carbide or SiC. Also is one Manufacturing in SO technology, Group III nitrides on sapphire, or SOS technology possible. Ie. it can high temperature semiconductor materials can be used. Preferably, a micromechanical production takes place. (SOI = silicon to insulator; SOS = silicon on sapphires).
Vorteilhafterweise umfasst die Kapsel einen Sensor, insbesondere einen Drucksensor. Damit wird ein kostengünstiger Sensor oder Drucksensor geschaffen, der bei hohen Temperaturen einsetzbar ist und einen geringen Platzbedarf hat. Derartig verkapselte Sensoren können z. B. in Flugzeugturbinen eingesetzt werden. Es ist jedoch auch möglich, andere Arten von Sensoren in der erfindungsgemäßen Kapsel unterzubringen, wie z. B. Beschleunigungssensoren oder Temperatursensoren.advantageously, the capsule comprises a sensor, in particular a pressure sensor. This will be a cost effective Sensor or pressure sensor created, which can be used at high temperatures is and has a small footprint. Such encapsulated sensors can z. B. used in aircraft turbines. It is, however possible, to accommodate other types of sensors in the capsule according to the invention, such as B. acceleration sensors or temperature sensors.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verkapselung von Mikrosensoren werden mindestens zwei Kapselelemente miteinander verbunden um einen Innenraum auszubilden, wobei mittels einer Metallisierung in einem Arbeitsgang der Innenraum verschlossen und gleichzeitig eine elektrisch leitende Verbindung vom Innenraum nach außen gebildet wird, wobei mindestens ein Bereich der Metallisierung beim Verbinden der Kapselelemente eine Kontaktdurchführung durch eines der Kapselelemente elektrisch kontaktiert. Dadurch kann das Verfahren vereinfacht durchgeführt werden und es können auf kostengünstige Weise verkapselte Mikrosensoren hergestellt werden, die eine hohe Druckdichtheit auch bei hohen Temperaturen und eine sichere elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Außenraum der Kapsel gewährleisten.at the method according to the invention for the encapsulation of microsensors at least two capsule elements interconnected to form an interior, by means of a metallization in one operation, the interior closed and at the same time an electrically conductive connection from the interior outward is formed, wherein at least a portion of the metallization in Connecting the capsule elements a contact bushing through one of the capsule elements electrically contacted. As a result, the process can be carried out in a simplified manner and it can on low cost Way encapsulated microsensors are produced which have a high Pressure tightness even at high temperatures and a safe electrical conductive connection between the interior and the exterior ensure the capsule.
Vorteilhafterweise werden beide Kapselelemente vor dem Verbinden mit der Metallisierung versehen, wobei die Metallisierung so gestaltet sein kann, dass sie beim gegenseitigen Verlöten als Bondverbindung zwischen den beiden Kapselelementen und zugleich als Kontaktierung für eine elektrische Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Außenraum dient. Die Metallisierung wird dabei z. B. so gestaltet, daß der Innenraum hermetisch dicht verschlossen wird. Somit wird auf einfache Weise ein besonders sicheres und dauerhaftes Verbinden der Kapselelemente und zugleich eine beständige Kontaktierung von Sensorelementen ermöglicht.Advantageously, both capsule elements are ver before joining with the metallization see, wherein the metallization can be designed so that it serves in mutual soldering as a bond between the two capsule elements and at the same time as a contact for an electrical connection between the interior and the exterior. The metallization is z. B. designed so that the interior is hermetically sealed. Thus, a particularly secure and permanent connection of the capsule elements and at the same time a stable contacting of sensor elements is made possible in a simple manner.
Bei dem Verfahren wird bevorzugt eine Metallisierung aufgebracht, die aus mindestens zwei Metallen oder Legierungen besteht, die einen unterschiedlichen Schmelzpunkt haben können, wobei das Verbinden bevorzugt bei einer Temperatur erfolgt, die zwischen den beiden Schmelzpunkten liegt. Insbesondere umfasst die Metallisierung Titan und Kupfer bzw. entsprechende Legierungen.at The method is preferably applied a metallization, the consists of at least two metals or alloys containing one may have different melting point, wherein the bonding preferred occurs at a temperature between the two melting points lies. In particular, the metallization includes titanium and copper or corresponding alloys.
Vorteilhafterweise werden bei dem Verfahren in mindestens einem der Kapselelemente durchgehende Löcher ausgestaltet, die an ihrer inneren Wandung mit der Metallisierung versehen werden, oder mit einer weiteren Metallisierung, deren Schmelzpunkt z. B. im Wesentlichen dem Schmelzpunkt der Metallisierung entspricht bzw. in einem gleichen oder ähnlichen Temperaturbereich liegen kann. Es ist aber z. B. auch möglich, Federkontakte oder Druckkontakte vorzusehen oder z. B. die Löcher mit leitfähigen Metallpasten oder leitfähigem Glas zu füllen. Dadurch erfolgt auf besonders einfache Weise die Ausbildung einer Kontaktdurchführung und die elektrische Kontaktierung beim Zusammenfügen bzw. Verbinden der Kapselelemente.advantageously, be in the process in at least one of the capsule elements through holes designed on its inner wall with the metallization be provided, or with another metallization whose melting point z. B. substantially corresponds to the melting point of the metallization or in a same or similar Temperature range can be. But it is z. B. also possible, spring contacts or to provide pressure contacts or z. For example, the holes with conductive metal pastes or conductive Fill glass. This results in a particularly simple way the formation of a Contact bushing and the electrical contact when joining or connecting the capsule elements.
Bevorzugt wird vor dem Verbinden eine weitere Metallisierung oder ein Metallisierungsbereich auf die Kapselelemente oder mindestens ein Kapselelement aufgebracht, wobei die Metallisierung so ausgestaltet ist, dass sie nach dem Verbinden einen innen gelegenen Bereich hermetisch umschließt. Damit wird auf kostengünstige Weise ein zuverlässiger druck- bzw. gasdichter Innenraum für ein Sensorelement geschaffen.Prefers Before joining, a further metallization or a metallization region the capsule elements or at least one capsule element applied, wherein the metallization is designed to be after the Connect hermetically encloses an interior area. In order to will be done in a cost effective way a reliable pressure or gas-tight interior for created a sensor element.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kapselelement geschaffen, das zur Ausbildung einer Kapsel für Mikrosensoren durch Verbinden mit einem weiteren Kapselelement dient, wobei das Kapselelement eine Metallisierung aufweist, die so ausgestaltet ist, dass sie beim Verbinden als Bondverbindung und zugleich eine Kontaktierung für eine elektrisch leitende Kontaktdurchführung bildet, die sich durch das weitere Kapselelement erstreckt. Mit dem Kapselelement ist es möglich, einen verkapselten Mikrosensor mit einem abgeschlossenen Innenraum kostengünstig bzw. auf einfache Weise herzustellen, der zudem zuverlässig arbeitet, hochtemperaturtauglich ist und z. B. bei Temperaturen von ca. 650°C und mehr eingesetzt werden kann. Die maximale Arbeitstemperatur hängt u. a. vom Schmelzpunkt der Metallisierung ab.According to one Another aspect of the invention provides a capsule element, to form a capsule for microsensors by bonding serves with a further capsule element, wherein the capsule element having a metallization configured to be when connecting as a bond and at the same time a contact for one forms electrically conductive contact bushing which extends through the further capsule element extends. It is with the capsule element possible, an encapsulated microsensor with a closed interior economical or in a simple manner, which also works reliably, suitable for high temperatures is and z. B. at temperatures of about 650 ° C and more can. The maximum working temperature depends u. a. from the melting point the metallization.
Die Metallisierung umfasst bevorzugt mindestens zwei Metalle oder Legierungen, wie beispielsweise Kupfer und/oder Titan bzw. entsprechende Legierungen, die einen unterschiedlichen Schmelzpunkt haben. Dadurch wird eine sehr hohe Formstabilität der Metallisierungsbereiche beim Verbinden der Kapselelemente ermöglicht, d. h., ein Zerfließen der Metallisierungen wird bei entsprechender Wahl der Prozesstemperatur verhindert. Das wird z. B. dadurch erreicht, daß die eine Komponente Benetzungs- bzw. Netzmittel für die andere Komponente ist.The Metallization preferably comprises at least two metals or alloys, such as copper and / or titanium or corresponding alloys, which have a different melting point. This will be a very high dimensional stability the metallization areas when connecting the capsule elements allows d. h., a flow the metallization is with appropriate choice of the process temperature prevented. This is z. B. achieved by the one component wetting or wetting agent for the other component is.
Insbesondere ist das Kapselelement zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Kapsel ausgestaltet.Especially is the capsule element for forming a capsule according to the invention designed.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Es zeigen:following the invention will be described by way of example with reference to the figures. Show it:
Die
Die
beiden Kapselelemente
Es ist aber auch möglich, für andere hochtemperaturtaugliche Halbleiter-Materialien bzw. Halbleiter-Materialsysteme wie z. B. Gruppe-III-Nitride auf Saphir, Silicon an Insulator (SOI), Silicon an Saphire (SOS) als Sensormaterial zu verwenden.It but it is also possible for others high temperature semiconductor materials or semiconductor material systems such as B. Group III Nitrides on Sapphire, Silicon on Insulator (SOI), Silicon on sapphires (SOS) to be used as sensor material.
Zusätzlich zu
den Metallisierungsbereichen
Die
Piezoelemente
Das
erste Kapselelement
Die
Metallisierung bzw. die Metallisierungsbereiche
Ergänzend zu
den vorhergehenden Figuren zeigen die
Auf
der in der zusammengefügten
Kapsel innen liegenden Seite
Ein
weiterer Metallisierungsbereich
Die
beiden Kapselelemente
Zur
Herstellung der Verkapselung werden zunächst die beiden Kapselelemente
Nun
werden die Metallisierungen, wie sie oben beschrieben wurden, auf
den Trägerchip
und den Sensorchip als erstes bzw. zweites Kapselelement
Zum
Verbinden der Kapselelemente
Aufgrund
der gewählten
Prozesstemperatur bildet sich beim Erhitzen flüssiges Kupfer auf festem Titan,
wodurch die Formstabilität
der strukturierten Metallisierung gewährleistet ist. Die durchgehenden Löcher
Die
beiden Kapselelemente
Bei dem Herstellungsverfahren kann auf weitere Verbindungsschichten verzichtet werden, d. h., es wird nur ein Zwischenmaterial verwendet. Hieraus ergibt sich zusätzlich, dass Probleme aufgrund thermischer Spannungen vermieden werden. Insgesamt ist die Bondung und die Metallisierung aus demselben Material oder aus einem sehr ähnlichen Material, das gleiche bzw. ähnliche Schmelzpunkte und thermische Ausdehnungskoeffizienten hat.at The manufacturing process can be based on further connecting layers be waived, d. h., only one intermediate material is used. It also results that problems due to thermal stresses are avoided. Overall, the bonding and metallization are of the same material or from a very similar one Material, the same or similar Has melting points and thermal expansion coefficients.
Mit
der vorliegenden Erfindung wird auf einfache Weise die Herstellung
einer zuverlässigen
und kostengünstigen
Sensorkapsel ermöglicht,
die druckdichte Kontaktdurchführungen
aufweist und Sensoren jeglicher Art beinhalten kann. Es werden z.
B. mäanderförmige Piezowiderstände auf
der Membran
Im
Fall eines Drucksensors zur Absolutdruckmessung ist im Innenraum
der Kapsel Vakuum oder ein definierter Druck, so dass ein äußerer Druck über die
Membran
Der
außengelegene
Metallisierungsbereich (siehe Bereich
Zusammenfassend wird durch die kontaktintegrierende Verkapselung gemäß der vorliegenden Erfindung das Problem der Kontaktdurchführung beim Verkapseln von Mikrosensoren gelöst. Dazu werden Löt- und Kontaktierungsschichten gleichzeitig miteinander verbunden. Im Vergleich zu bekannten Methoden wird der Verkapselungsprozess erheblich vereinfacht. Vor allem wird durch die Verkapselung und das beschriebene Verfahren die Schaffung hochtemperatur-tauglicher Mikrosensoren möglich. Der Sensor ist bevorzugt ein Absolutdrucksensor.In summary is achieved by the contact-integrated encapsulation according to the present invention the problem of contact implementation Encapsulation of microsensors solved. For this purpose soldering and contacting layers simultaneously connected together. Compared to known methods is the encapsulation process considerably simplified. First and foremost is through the encapsulation and the method described, the creation of high temperature suitable Microsensors possible. Of the Sensor is preferably an absolute pressure sensor.
- 1010
- erstes Kapselelementfirst capsule element
- 1111
- außengelegene Seite des ersten Kapselelementslocated outside Side of the first capsule element
- 1212
- innen liegende Seite des ersten KapselelementsInside lying side of the first capsule element
- 1313
- durchgehende Löcherthrough holes
- 1414
-
Metallisierung
(in Löchern
13 )Metallization (in holes13 ) - 1515
- weitere MetallisierungsbereicheFurther metallization
- 1717
- Vertiefung im ersten Kapselelementdeepening in the first capsule element
- 1818
- weiterer MetallisierungsbereichAnother metallization
- 2020
- zweites Kapselelementsecond capsule element
- 2121
- innen liegende Seite des zweiten KapselelementsInside lying side of the second capsule element
- 2222
- Metallisierungsbereichemetallization
- 2626
- Metallisierungsbereichmetallization
- 2727
- Membranmembrane
- 2828
- außengelegene Seite des zweiten Kapselelementslocated outside Side of the second capsule element
- 3030
- Piezoelementepiezo elements
- 51, 5251 52
- Ausnehmungen des ersten Kapselelementsrecesses of the first capsule element
- 6060
- Steckerplug
- 61, 6261, 62
- Ausnehmungen des zweiten Kapselelementsrecesses of the second capsule element
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000153307 DE10053307B4 (en) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | Capsule for microsensors, encapsulation of microsensors and capsule element |
Applications Claiming Priority (1)
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DE2000153307 DE10053307B4 (en) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | Capsule for microsensors, encapsulation of microsensors and capsule element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE10053307A1 DE10053307A1 (en) | 2002-05-16 |
DE10053307B4 true DE10053307B4 (en) | 2008-06-26 |
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ID=7661269
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8841768B2 (en) | 2012-07-23 | 2014-09-23 | Infineon Technologies Ag | Chip package and a method for manufacturing a chip package |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0369352A1 (en) * | 1988-11-15 | 1990-05-23 | Hitachi, Ltd. | Capacitance type accelerometer and method of manufacturing the same |
EP0742581A2 (en) * | 1995-04-12 | 1996-11-13 | Sensonor A.S. | Sealed cavity arrangement |
EP0943923A1 (en) * | 1998-03-16 | 1999-09-22 | Akebono Brake Industry Co., Ltd. | Semiconductor acceleration sensor and manufacturing method thereof |
AT3609U1 (en) * | 1999-06-02 | 2000-05-25 | Austria Mikrosysteme Int | MICROSENSOR |
-
2000
- 2000-10-27 DE DE2000153307 patent/DE10053307B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0369352A1 (en) * | 1988-11-15 | 1990-05-23 | Hitachi, Ltd. | Capacitance type accelerometer and method of manufacturing the same |
EP0742581A2 (en) * | 1995-04-12 | 1996-11-13 | Sensonor A.S. | Sealed cavity arrangement |
EP0943923A1 (en) * | 1998-03-16 | 1999-09-22 | Akebono Brake Industry Co., Ltd. | Semiconductor acceleration sensor and manufacturing method thereof |
AT3609U1 (en) * | 1999-06-02 | 2000-05-25 | Austria Mikrosysteme Int | MICROSENSOR |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8841768B2 (en) | 2012-07-23 | 2014-09-23 | Infineon Technologies Ag | Chip package and a method for manufacturing a chip package |
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Publication number | Publication date |
---|---|
DE10053307A1 (en) | 2002-05-16 |
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: EADS DEUTSCHLAND GMBH, 85521 OTTOBRUNN, DE |
|
8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: EICKHOFF, MARTING, DIPL.-PHYS., 59192 BERGKAMEN, DE KROETZ, GERHARD, DIPL.-PHYS., 81547 MUENCHEN, DE RICHTER, CHRISTOPH, 83607 HOLZKIRCHEN, DE |
|
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