DE102005055950A1

DE102005055950A1 - Vorrichtung zur Passivierung wenigstens eines Bauelements durch ein Gehäuse und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung

Info

Publication number: DE102005055950A1
Application number: DE102005055950A
Authority: DE
Inventors: Kurt Weiblen; Martin Schoefthaler; Thomas Haalboom
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2007-05-31
Also published as: US20070279876A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Passivierung wenigstens eines Bauelements durch ein Gehäuse und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung vorgeschlagen, wobei eine Abdeckung mit einer Vorderseite eines Trägersubstrats zur Bildung eines Innenraums des Gehäuses in einem Verbindungsbereich verbunden vorgesehen ist, wobei das Bauelement auf der Vorderseite des Trägersubstrats und innerhalb des Innenraums des Gehäuse befestigt vorgesehen ist, wobei wenigstens eine mit dem Bauelement elektrisch leitend verbundene Kontaktierungsleitung gegenüber dem Verbindungsbereich elektrisch isoliert vorgesehen ist und in der Nähe zumindest eines Teils des Verbindungsbereichs zwischen der Vorderseite und einer der Vorderseite abgewandten Rückseite des Trägersubstrats oder auf der Rückseite des Trägersubstrats vorgesehen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Passivierung wenigstens eines Bauelements durch ein Gehäuse nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 19 648 539 A1 ist bereits ein passiver magnetischer Positionssensor bekannt. Dieser besteht aus einem Substrat mit einem auf diesem Substrat aufgebrachtem Widerstandsnetzwerk und einer Kontaktstruktur, die dem Widerstandsnetzwerk zugeordnet ist, und die unter Einwirkung einer Magneteinrichtung auslenkbar ist, wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem Widerstandsnetzwerk und der Kontaktstruktur bewirkt wird, welche von der Position der Magneteinrichtung abhängig ist. Der bekannte magnetische Positionssensor ist mit einem Gehäuse realisiert, wovon ein Teil in Form eines isolierenden Substrats vorgesehen ist und wovon ein weiterer Teil als eine Gehäuseabdeckung vorgesehen ist. Nachteilig ist bei diesem bekannten magnetischen Positionssensor, dass keine platzsperrende und zugleich hermetisch dichte Verpackung für eine umfangreiche Schaltung realisierbar ist und gleichzeitig in einfacher Weise eine Kontaktierung eines innerhalb des Gehäuses angeordneten Bauelementes nach außen hin möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, dass zum einem eine ausreichende Passivierung eines Bauelementes durch ein Gehäuse realisiert wird und zum anderen weiterhin eine gute und über die gesamte Lebensdauer der Vorrichtung hin zuverlässig arbeitende elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Bauelement und weiteren auf dem Trägersubstrat angeordneten Elementen oder Kontaktflächen ermöglicht wird.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet die Bezeichnung „in der Nähe zumindest eines Teils des Verbindungsbereichs", dass die Kontaktierungsleiter unter dem Verbindungsbereich hindurch geführt ist, jedoch von Verbindungsbereich elektrisch isoliert vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß ist bevorzugt, dass das Gehäuse hermetisch dicht vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Stoffaustausch zwischen dem Innenraum des Gehäuses und dem Äußeren des Gehäuses, wenn überhaupt, dann nur in sehr kontrollierter Weise und in sehr geringem Maß erfolgt. Ferner ist bevorzugt, dass im Innenraum des Gehäuses eine vorgegebene Atmosphäre einstellbar ist, insbesondere mit vorgegebener Luftfeuchtigkeit bzw. Taupunkt und insbesondere mit vorgegebenem Gasdruck. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere für den Fall dass das Bauelement als ein Sensorbauelement beispielsweise ein mikromechanisch hergestelltes Sensorbauelement in Form etwa eines Beschleunigungssensor oder dergleichen realisiert ist, ein direkter Kontakt zwischen der mikromechanischen Struktur des Sensorbauelements und dem Innenraum des Gehäuses vorgesehen sein kann und dass dennoch ein solches mikromechanisches Bauelement über die gesamte Lebensdauer hinweg in der vorgegebenen Weise funktionieren kann.

Ferner ist bevorzugt, dass das Trägersubstrat eine Leiterplatte, insbesondere eine Keramikleiterplatte und insbesondere eine LTCC-Keramik-Leiterplatte (Low temperature cofired ceramics) ist. Hierdurch ist es in besonders einfacher und technologisch beherrschbarer Weise möglich, sowohl eine ausreichende Dichtigkeit, insbesondere hermetische Dichtigkeit, des Gehäuses zu erzielen und mit einer einfachen und sicheren Durchführung der Leiterbahnen bzw. Kontaktierungsleitungen in dem Trägersubstrat durch den Bereich der Verbindung des Trägersubstrats mit der Abdeckung zu verbinden.

Ferner ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Verbindungsbereich am Rand der Abdeckung umlaufend vorgesehen ist. Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln möglich, eine vollständige Verbindung zwischen dem Trägersubstrat und der Abdeckung zu realisieren, so dass eine gute Dichtigkeit des Gehäuses erzielt werden kann.

Weiterhin ist bevorzugt, dass das Gehäuse im Verbindungsbereich mittels Lötung und/oder mittels Schweißung und/oder mittels Klebung verschlossen ist. Hierdurch ist mit einfachen und kostengünstigen darzustellenden Verfahren eine exakte und gut abdichtende Verbindung zwischen der Abdeckung und dem Trägersubstrat bzw. eine solche Realisierung des Gehäuses möglich.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei in einem ersten Schritt das Bauelement auf dem Trägersubstrat befestigt wird und wobei in einem zweiten Schritt die Abdeckung mit der Vorderseite des Trägersubstrats zur Bildung des Gehäuses verbunden wird. Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln möglich, schnell und kostengünstig eine erfindungsgemäße Vorrichtung herzustellen.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Ansicht einer Vorstufe der erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,
2 eine Draufsicht und eine Schnittdarstellung einer schematischen Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 eine schematische Darstellung der Anbindung einer Abdeckung mit einem Trägersubstrat gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
4 eine schematische Darstellung der Anbindung der Abdeckung mit der Trägerplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorstufe mit noch unmontierter Abdeckung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Passivierung wenigstens eines Bauelementes 20 dargestellt. Zur Passivierung des Bauelements 20 wird ein Gehäuse (vergleiche 2-4) realisiert, welches teilweise durch eine Abdeckung 50 und teilweise durch ein Trägersubstrat 40 gebildet wird. Das Trägersubstrat 40 weist eine Vorderseite 41 auf. Die Abdeckung 50 ist beispielsweise als eine Metallkappe ausgebildet und wird auf der Vorderseite 41 des Trägersubstrats 40 in einem Verbindungsbereich 42 mit dem Trägersubstrat 40 verbunden. Hierdurch entsteht in dem Gehäuse ein Innenraum (vergleiche ebenfalls 2-4).
In 2 ist schematisch eine Draufsicht (oberer Teil der 2) und eine Schnittdarstellung (unterer Teil der 2) der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 dargestellt. Ein Gehäuse 30 wird zur Passivierung wenigstens eines Bauelements 20 dadurch realisiert, dass die Abdeckung 50 mit der Vorderseite 41 des Trägersubstrates 40 verbunden wird und hierbei den Innenraum 31 des Gehäuses 30 bildet. Im oberen Teil der 2 ist die Abdeckung 50 durchsichtig dargestellt, so dass der Innenraum 31 des Gehäuses 30 in der Draufsicht erkennbar ist. Insbesondere aus der Schnittdarstellung im unteren Teil der 2 geht hervor, dass die Vorderseite 41 des Trägersubstrats 40 einen Verbindungsbereich 42 aufweist, welcher den Bereich des Bauelementes 20 bzw. einer Mehrzahl von Bauelementen 20, 20' umlaufend umschließt. Die Abdeckung 50 ist mittels eines Randbereichs 51 der Abdeckung 50 über den Verbindungsbereich 42 mit dem Trägersubstrat 40 verbunden. Hierzu dient eine erste Verbindung 44, welche insbesondere als Lötung, Schweißung und/oder Klebung vorgesehen ist. Eine zweite Verbindung 25 dient der Befestigung und/oder Kontaktierung und/oder thermischen Anbindung des Bauelementes 20 bzw. eines weiteren Bauelements 20' mit dem Trägersubstrat 40, insbesondere mit der Vorderseite 41 des Trägersubstrats 40. Eine Mehrzahl von Bauelementen 20, 20' können im Innenraum 31 des Gehäuses 30 elektrisch leitend über beispielhaft mit 26 bezeichneten Bond-Drähten oder dergleichen weiteren Verbindungen elektrisch verbunden bzw. kontaktiert sein. Hierbei kann es sich um komplette Baugruppen umfassend Sensoren, Auswerteschaltungen, Widerstände und Kondensatoren handeln. Mittels eines Anschlusses 24 ist beispielsweise das Bauelement 20 mit einer Kontaktierungsleitung 21 und diese wiederum mit einem Kontaktelement 45 außerhalb des Gehäuses 30 elektrisch leitend verbunden. Die Kontaktierungsleitung 21 ist hierbei erfindungsgemäß in der Nähe zumindest eines Teils des Verbindungsbereichs 42 zwischen der Vorderseite 41 und einer Rückseite 43 des Trägersubstrats 40 elektrisch isoliert vom Verbindungsbereich 42 vorgesehen. Hierdurch ist es möglich, mittels des Trägersubstrats 40 eine elektrische Kontaktierung des Bauelements 20 durch den Verbindungsbereich 42 hindurch bzw. durch eine Projektion des Verbindungsbereichs 42 hindurch zu bewerkstelligen, ohne dass eine elektrisch leitfähige Kontaktierung des Verbindungsbereichs 42 erfolgt und ohne die Dichtigkeit des Gehäuses 30 beeinträchtigen.
In 3 ist eine erste Ausführungsform der Verbindung der Abdeckung 50 mit dem Trägersubstrat 40 zur Bildung des Gehäuses 30 dargestellt. Der Randbereich 51 der Abdeckung 50 ist hierbei im Wesentlichen parallel zu der Vorderseite 41 des Trägersubstrat 40 vorgesehen, so dass sich ein flächiger Kontakt im Verbindungsbereich 42 zwischen der Abdeckung 50 und dem Trägersubstrat 40 ergibt. Erkennbar ist ferner die erste Verbindung 44 zwischen der Abdeckung 50 und dem Verbindungsbereich 42 auf der Vorderseite 41 des Trägersubstrats 40.
In 4 ist eine zweite Ausführungsform einer Verbindung der Abdeckung 50 mit der Vorderseite 40 des Trägersubstrats 40 dargestellt. Der Randbereich 51 der Abdeckung ist bei der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen spitz zulaufend auf die Vorderseite 41 des Trägersubstrats 40 hin (bzw. mit schmalen Kappenrand) vorgesehen, so dass der Kontakt zwischen der Abdeckung 50 und dem Trägersubstrat 40 über den Verbindungsbereich 42 im Wesentlichen linienförmig vorgesehen ist, wobei auch bei der zweiten Ausführungsform die erste Verbindung 44 dargestellt ist.
Bei beiden Ausführungsformen der Anbindung der Abdeckung 50 mit dem Trägersubstrat 40 zur Bildung des Gehäuses 30 kann es vorgesehen sein, dass die Kontaktierungsleitung 21 (bzw. eine Mehrzahl von Kontaktierungsleitungen 21) durch den Bereich einer Projektion 46 des Verbindungsbereichs 42 durch das Trägersubstrat 40 hindurch geführt ist. Hierdurch ist es möglich, außerhalb des Gehäuses 30 eine Kontaktierung des Bauelements 20 bzw. von bestimmten Anschlussleitungen des Bauelements 20 zu realisieren.
Die Abdeckung 50 ist erfindungsgemäß insbesondere derart mit dem Trägersubstrat 40 verbunden angeordnet, dass der Innenraum 31 des Gehäuses 30 hermetisch von dem Äußeren des Gehäuses 30 abgeschlossen werden kann. Dies ermöglich es, dass der Innenraum des Gehäuses 30 mit einer vorgegebenen Atmosphäre einstellbar ist, insbesondere mit einer vorgegebenen Luftfeuchtigkeit bzw. mit einem vorgegebenen Taupunkt und insbesondere mit einem vorgegebenen Gasdruck. Erfindungsgemäß ist dies auch über die gesamte Lebensdauer der Vorrichtung 10 – welche im Fall der Anwendung der Vorrichtung 10 im Rahmen einer Kraftfahrzeuganwendung viele Jahre (bis zu beispielsweise 10 oder 20 Jahre) betragen kann – zu gewährleisten. Weiterhin ist es hierdurch möglich, dass das Bauelement 20 als Sensorbauelement vorgesehen ist, welches beispielsweise eine mikromechanische Struktur umfasst, die neben der durch das Gehäuse 30 bewirkten Passivierung nicht auf sonstige Weise passiviert vorgesehen ist. Insbesondere können Drehraten und/oder Beschleunigungssensoren als sogenannte „bare die" ohne weiteren Schutz wie zum Beispiel durch ein Gel oder dergleichen aufgebracht werden. Besonders wichtig ist erfindungsgemäß, dass die Abdeckung 50 und das Trägersubstrat 40 hinsichtlich der Materialien derart vorgesehen ist, dass deren thermische Ausdehnungskoeffizienten aneinander angepasst vorgesehen sind. Dies erhöht in starkem Maß die Zuverlässigkeit der hermetischen Dichtigkeit des Gehäuses 30 insbesondere im Bezug auf Temperaturwechsel. Besonders vorteilhaft ist, wenn das Trägersubstrat 40 als sogenannte LTCC-Keramik (Low temperature cofired ceramics) vorgesehen ist. Weiterhin ist besonders vorteilhaft, dass die erste Verbindung 44 als Lötverbindung vorgesehen ist, so dass die Befestigung der Abdeckung 50 auf dem Trägersubstrat 40 mittels eines herkömmlichen Lötprozesses erfolgen kann. Bei diesem Lötprozess muss dann die Gasatmosphäre im Innenraum 31 des Gehäuses 30 eingestellt werden, was mittels einer Bereitstellung einer entsprechenden Luftfeuchtigkeit bzw. einer entsprechenden Atmosphäre bzw. eines definierten Gasdruckes während des Lötprozesses folgt. Erfindungsgemäß ist insbesondere von Vorteil, wenn die Abdeckung 50 aus einem Eisen-Nickelmaterial FeNi 42 hergestellt ist und das Trägersubstrat 40 aus einer LTCC-Keramik hergestellt ist.

Claims

Vorrichtung (10) zur Passivierung wenigstens eines Bauelements (20) durch ein Gehäuse (30), wobei eine Abdeckung (50) mit einer Vorderseite (41) eines Trägersubstrats (40) zur Bildung eines Innenraums (31) des Gehäuses (30) in einem Verbindungsbereich (42) verbunden vorgesehen ist, wobei das Bauelement (20) auf der Vorderseite (41) des Trägersubstrats (40) und innerhalb des Innenraums (31) des Gehäuses (30) befestigt vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine mit dem Bauelement (20) elektrisch leitend verbundene Kontaktierungsleitung (21) gegenüber dem Verbindungsbereich (42) elektrisch isoliert vorgesehen ist und in der Nähe zumindest eines Teils des Verbindungsbereichs (42) zwischen der Vorderseite (41) und einer der Vorderseite (41) abgewandten Rückseite (43) des Trägersubstrats (40) oder auf der Rückseite (43) des Trägersubstrats (40) vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) hermetisch dicht vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (31) des Gehäuses (30) eine vorgegebene Atmosphäre einstellbar ist, insbesondere mit vorgegebener Luftfeuchtigkeit bzw. Taupunkt und insbesondere mit vorgegebenem Gasdruck.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (40) eine Leiterplatte, insbesondere eine Keramikleiteplatte und insbesondere eine LTCC-Keramik-Leiterplatte ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (42) am Rand der Abdeckung (50) umlaufend vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) im Verbindungsbereich (42) mittels Lötung und/oder mittels Schweißung und/oder mittels Klebung verschlossen ist.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt das Bauelement (20) auf dem Trägersubstrat (40) befestigt wird und dass in einem zweiten Schritt die Abdeckung (50) mit der Vorderseite (41) des Trägersubstrats (40) zur Bildung des Gehäuses (30) verbunden wird.