DE102009000352A1

DE102009000352A1 - Sensor device has housing, sensor chip and evaluation chip, where housing has inner chamber, in which sensor chip and evaluation chip are arranged, and sensor chip is arranged on bottom area of housing

Info

Publication number: DE102009000352A1
Application number: DE102009000352A
Authority: DE
Inventors: Michael Struchholz; Tristan Jobert; Thomas Klaus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2010-07-22

Abstract

The sensor device has a housing (110), a sensor chip (170,171) and an evaluation chip (180). The housing has an inner chamber, in which the sensor chip and the evaluation chip are arranged. The sensor chip is arranged on the bottom area (111) of the housing, and the evaluation chip is arranged on the sensor chip by adhesive layers (120). An independent claim is also included for a method for manufacturing a sensor device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung aufweisend ein Gehäuse, einen Sensorchip und einen Auswertchip, wobei das Gehäuse einen Innenraum umfasst, in welchem der Sensorchip und der Auswertechip angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung.The The present invention relates to a sensor device a housing, a sensor chip and a Auswertchip, the housing a Interior includes, in which the sensor chip and the evaluation chip are arranged. The invention further relates to a method for Producing a sensor device.

Stand der TechnikState of the art

Sensorvorrichtungen, welche beispielsweise in Sicherheitssystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, weisen üblicherweise einen oder mehrere Sensorchips sowie einen mit den Sensorchips elektrisch verbundenen Auswertechip auf. Die Sensorchips sind hierbei in Form von mikromechanischen Bauelementen (MEMS, Micro electro mechanical system) ausgebildet, um physikalische Messgrößen wie zum Beispiel eine Beschleunigung oder eine Drehrate zu erfassen. Der Auswertechip dient zur Steuerung der Sensorchips und zur Auswertung bzw. Weiterverarbeitung der von den Sensorchips ausgegebenen Messsignale.Sensor devices, which for example in safety systems of motor vehicles are used, usually have one or more sensor chips and one with the sensor chips electrically connected evaluation chip on. The sensor chips are in shape of micromechanical devices (MEMS, Micro electro mechanical System) trained to physical variables such as acceleration or to record a rate of rotation. The evaluation chip is used for control the sensor chips and for evaluation or further processing of the sensor chips output measured signals.

Bekannte Ausführungsformen einer Sensorvorrichtung umfassen ein Gehäuse mit einem Innenraum, in welchem die Chips angeordnet sind. In einer als „side by side” bezeichneten Ausgestaltung sind die Chips nebeneinander auf einer Bodenfläche des Gehäuses montiert. Bei einem als „stacked” bezeichneten Aufbau ist der Auswertechip auf der Bodenfläche angeordnet, wohingegen ein oder mehrere Sensorchips auf dem Auswertechip befestigt sind. Bekannt sind ferner Kombinationen der vorstehenden Montageformen, d. h. dass ein Sensorchip auf und ein weiterer Sensorchip neben einem Auswertechip angeordnet ist.Known embodiments a sensor device comprise a housing with an interior, in which the chips are arranged. In one called "side by side" Embodiment, the chips are mounted side by side on a bottom surface of the housing. In one called "stacked" Structure of the evaluation chip is arranged on the bottom surface, whereas one or more sensor chips are mounted on the evaluation chip. Also known are combinations of the above mounting forms, d. H. that one sensor chip on and another sensor chip next to it an evaluation chip is arranged.

Diese bekannten Ausführungsformen einer Sensorvorrichtung sind mit einer Reihe von Nachteilen verbunden. Beispielsweise ist eine Anordnung von Auswerte- und Sensorchip nebeneinander mit einem relativ großen lateralen Platzbedarf verbunden, wodurch heutige Anforderungen an eine Verkleinerung der Größe von verpackten Bauelementen nur schlecht oder nicht erfüllt werden können. Auch durch eine Anordnung eines Sensorchips auf einem Auswertechip lassen sich Miniaturisierungsanforderungen nur teilweise erfüllen. Bei einer derartigen Ausgestaltung umfasst die Oberseite des Auswertechips neben Kontaktflächen zur Herstellung elektrischer Verbindungen zusätzlich einen entsprechenden Flächenbereich zum Aufbringen des bzw. der Sensorchips, was verbunden ist mit relativ großen lateralen Abmessungen des Auswertechips. Das Aufbringen eines Sensorchips auf einem Auswertechip erschwert ferner ein genaues Ausrichten des Sensorchips in Bezug auf das Sensorgehäuse. Die genaue räumliche Orientierung des Sensorchips ist jedoch Voraussetzung dafür, um eine physikalische Messgröße in einer vorgegebenen Raumrichtung mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen.These known embodiments a sensor device are associated with a number of disadvantages. For example, an arrangement of evaluation and sensor chip side by side with a relatively large lateral space requirements, which meets today's requirements a reduction of the size of packed Components poorly or can not be met. Also through an arrangement of a sensor chip on an evaluation chip can be Only partially meet miniaturization requirements. In such an embodiment includes the top of the evaluation chip next to contact surfaces for Production of electrical connections in addition a corresponding area for applying the sensor chip (s), which is associated with relative huge lateral dimensions of the evaluation chip. The application of a sensor chip on an evaluation chip further complicates an accurate alignment of the Sensor chips relative to the sensor housing. The exact spatial Orientation of the sensor chip, however, is a prerequisite to a physical measurand in one predetermined spatial direction to capture with high accuracy.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Sensorvorrichtung bereitzustellen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Sensorvorrichtung anzugeben.The Object of the present invention is an improved To provide sensor device. It is a further object of the invention to provide a method for producing such a sensor device.

Diese Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by a sensor device according to claim 1 and by a A method of manufacturing a sensor device according to claim 7 solved. Further advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims specified.

Erfindungsgemäß wird eine Sensorvorrichtung vorgeschlagen, welche ein Gehäuse, einen Sensorchip und einen Auswertechip aufweist. Das Gehäuse umfasst einen Innenraum, in welchem der Sensorchip und der Auswertechip angeordnet sind. Die Sensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Sensorchip auf einer Bodenfläche des Gehäuses und der Auswertechip auf dem Sensorchip angeordnet ist.According to the invention is a Sensor device proposed which a housing, a sensor chip and a Has evaluation chip. The housing includes an interior, in which the sensor chip and the evaluation chip are arranged. The sensor device is characterized in that the sensor chip on a floor surface of the housing and the evaluation chip is arranged on the sensor chip.

Durch die Anordnung des Sensorchips auf der Bodenfläche und die Anordnung des Auswertechips auf dem Sensorchip wird ein platzsparender Aufbau der Sensorvorrichtung ermöglicht. Auch kann der Sensorchip mit einer hohen Lagege nauigkeit in dem Gehäuse angeordnet werden. Ein weiterer Vorteil ist eine Stabilisierung des Sensorchips aufgrund der Anordnung zwischen der Bodenfläche und dem Auswertechip. Dadurch besteht die Möglichkeit, eine Auskopplung mechanischer Energie durch den Sensorchip, welcher als mikromechanisches Bauelement bewegliche oder schwingende Funktionselemente aufweisen kann, zu dämpfen oder zu vermeiden. Eine mit der Schwingungsanregung verbundene Lageveränderung des Sensorchips kann daher zuverlässig unterdrückt werden.By the arrangement of the sensor chip on the bottom surface and the arrangement of the evaluation chip on the sensor chip is a space-saving design of the sensor device allows. Also, the sensor chip with a high position accuracy in the casing to be ordered. Another advantage is stabilization of the sensor chip due to the arrangement between the bottom surface and the evaluation chip. There is the possibility of a decoupling mechanical energy through the sensor chip, which as a micromechanical Have component movable or vibrating functional elements can, to dampen or to avoid. A change in position associated with the vibration excitation of the sensor chip can therefore be reliably suppressed.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung Klebstoffschichten auf, über welche der Sensorchip auf der Bodenfläche des Gehäuses und der Auswertechip auf dem Sensorchip angeordnet ist. Dies stellt eine einfache und zuverlässige Möglichkeit zur Fixierung der Chips in dem Gehäuse dar.In a preferred embodiment the sensor device has adhesive layers over which the sensor chip on the bottom surface of the housing and the evaluation chip is arranged on the sensor chip. This poses a simple and reliable possibility for fixing the chips in the housing.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse eine Kavität auf, wobei die Kavität die Bodenfläche und an die Bodenfläche angrenzende Seitenflächen umfasst. Das Gehäuse weist an die Seitenflächen der Kavität angrenzende Auflageflächen auf, auf welchen der Auswertechip zusätzlich angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung kann eine zusätzliche Stabilisierung des zwischen der Bodenfläche und dem Auswertechip angeordneten Sensorchips erzielt werden, wodurch die Dämpfung einer durch den Sensorchip verursachten Schwingungsanregung und die Einhaltung einer hohen Lagegenauigkeit des Sensorchips weiter begünstigt werden.In a further preferred embodiment, the housing has a cavity, wherein the cavity comprises the bottom surface and side surfaces adjoining the bottom surface. The housing has adjacent to the side surfaces of the cavity Support surfaces on which the evaluation chip is additionally arranged. As a result of this refinement, an additional stabilization of the sensor chip arranged between the bottom surface and the evaluation chip can be achieved, whereby the damping of vibration excitation caused by the sensor chip and adherence to a high positional accuracy of the sensor chip are further promoted.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse Kontaktelemente zur externen Kontaktierung auf, welche an den Innenraum angrenzen. Der Auswertechip ist elektrisch mit den Kontaktelementen des Gehäuses und mit dem Sensorchip verbunden, wobei vorzugsweise Bonddrähte eingesetzt werden.In a further preferred embodiment shows the case Contact elements for external contacting on which to the interior adjoin. The evaluation chip is electrically connected to the contact elements of the housing and connected to the sensor chip, preferably using bonding wires become.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung zwei in dem Innenraum auf der Bodenfläche angeordnete Sensorchips auf, wobei der Auswertechip auf den zwei Sensorchips angeordnet ist. Hierbei kann einer der Sensorchips beispielsweise zum Erfassen einer Beschleunigung und der andere Sensorchip beispielsweise zum Erfassen einer Drehrate ausgebildet sein.In a further preferred embodiment the sensor device has two arranged in the interior space on the bottom surface Sensor chips on, with the evaluation chip on the two sensor chips is arranged. Here, one of the sensor chips, for example for detecting an acceleration and the other sensor chip, for example be formed for detecting a rotation rate.

Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Ge häusegrundkörpers mit Kontaktelementen zur externen Kontaktierung, ein Anordnen eines Sensorchips auf einer Bodenfläche des Gehäusegrundkörpers, und ein Anordnen eines Auswertechips auf dem Sensorchip. Weiter vorgesehen ist ein Herstellen von elektrischen Verbindungen zwischen dem Auswertechip und dem Sensorchip und zwischen dem Auswertechip und den Kontaktelementen des Gehäusegrundkörpers, und ein Verbinden des Gehäusegrundkörpers mit einem Deckel.According to the invention is the Further proposed is a method for producing a sensor device. The method includes providing a housing base with Contact elements for external contacting, arranging a Sensor chips on a floor surface of the housing body, and arranging an evaluation chip on the sensor chip. Further provided is a manufacture of electrical connections between the evaluation chip and the sensor chip and between the evaluation chip and the contact elements of the housing body, and a connection of the housing body with a lid.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Sensorchip mit einer hohen Lagegenauigkeit in dem Gehäuse angeordnet werden. Auch kann die Sensorvorrichtung mit einem platzsparenden Aufbau verwirklicht werden. Aufgrund der Anordnung zwischen der Bodenfläche und dem Auswertechip ergibt sich eine Stabilisierung des Sensorchips, wodurch eine durch den Sensorchip verursachte Schwingungsanregung zuverlässig gedämpft werden kann.By the inventive method can the sensor chip with a high positional accuracy arranged in the housing become. Also, the sensor device with a space-saving Construction be realized. Due to the arrangement between the floor area and the evaluation chip results in a stabilization of the sensor chip, whereby a vibration excitation caused by the sensor chip reliable muted can be.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Herstellen von elektrischen Verbindungen zwischen dem Auswertechip und dem Sensorchip und zwischen dem Auswertechip und den Kontaktelementen des Gehäusegrundkörpers das Verbinden von Kontaktflächen des Auswertechips, des Sensorchips und der Kontaktelemente mithilfe von Bonddrähten. Hierbei lässt sich das Anbringen der Bonddrähte auf eine einfache Weise durchführen. Die Anordnung des Auswertechips auf dem Sensorchip ermöglicht insbesondere einen freien Zugang zur Oberseite des Auswertechips, auf welcher Kontaktflächen für die Bonddrähte vorgesehen sein können.In a preferred embodiment includes making electrical connections between the Evaluation chip and the sensor chip and between the evaluation chip and the contact elements of the housing body the Connecting contact surfaces the evaluation chip, the sensor chip and the contact elements using of bonding wires. This leaves attaching the bonding wires perform in a simple way. The arrangement of the evaluation chip on the sensor chip allows in particular a free access to the top of the evaluation chip, on which contact surfaces for the Bond wires can be provided.

Die Kontaktflächen werden vorzugsweise mithilfe eines Versiegelungsmittels abgedeckt, um eine Korrosion der Kontaktflächen zu verhindern. Auch für den Einsatz des Versiegelungsmittels erweist sich die Anordnung des Auswertechips auf dem Sensorchip als günstig. Hierbei besteht keine Gefahr eines übermäßigen Umhüllens bzw. Überziehens des Sensorchips und damit der Bonddrähte mit dem Versiegelungsmittel, wie es bei einer (umgekehrten) Anordnung eines Sensorchips auf einem Auswertechip aufgrund von Kapillareffekten auftreten kann, so dass hiermit verbundene Probleme – beispielsweise das Auftreten von störenden Parasitärkapazitäten zwischen den Bonddrähten und eine gegebenenfalls stattfindende chemische Wechselwirkung des Versiegelungsmittels mit einer Klebstoffschicht – vermieden werden können.The contact surfaces are preferably covered by a sealant, to a corrosion of the contact surfaces to prevent. Also for the use of the sealant proves the arrangement the evaluation chip on the sensor chip as favorable. There is no Danger of excessive wrapping or coating of the Sensor chips and thus the bonding wires with the sealant, as in a (reverse) arrangement a sensor chip on an evaluation chip due to capillary effects can occur, so that related problems - for example, the Occurrence of disturbing Parasitic capacities between the bonding wires and an optional chemical interaction of the Sealant with an adhesive layer - can be avoided.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it:

1 bis 3 die Herstellung einer Sensorvorrichtung in einer schematischen seitlichen Darstellung; 1 to 3 the production of a sensor device in a schematic side view;

4 die Sensorvorrichtung von 3 in einer um 90° gedrehten seitlichen Darstellung; 4 the sensor device of 3 in a rotated by 90 ° lateral view;

5 und 6 schematische seitliche Darstellungen einer weiteren Sensorvorrichtung; und 5 and 6 schematic side views of another sensor device; and

7 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der Sensorvorrichtung von 6. 7 an enlarged view of a section of the sensor device of 6 ,

Die folgenden Figuren zeigen mögliche Ausführungsformen von Sensorvorrichtungen 100, 200, welche auch als „Sensormodul” oder „Sensorpackage” bezeichnet werden. Die Sensorvorrichtungen 100, 200 weisen ein Gehäuse aus einem Kunststoffmaterial oder einem metallischen Material wie zum Beispiel Stahl auf, welches einen Innenraum zum Aufnehmen von Chips umfasst. Als Anwendungsgebiet für die Sensorvorrichtungen 100, 200 kommen beispielsweise Sicherheitssysteme von Kraftfahrzeugen wie zum Beispiel ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm) in Betracht.The following figures show possible embodiments of sensor devices 100 . 200 , which are also referred to as "sensor module" or "sensor package". The sensor devices 100 . 200 have a housing of a plastic material or a metallic material such as steel, which includes an interior for receiving chips. As application for the sensor devices 100 . 200 For example, automotive safety systems such as ESP (Electronic Stability Program) come into consideration.

Die 1 bis 3 zeigen die Herstellung einer Sensorvorrichtung 100 in einer schematischen seitlichen Darstellung. 4 zeigt die Sensorvorrichtung 100 in einer weiteren schematischen Seitenansicht, welche gegenüber der Darstellung von 3 um 90° gedreht ist. Die Sensorvorrichtung 100 weist zwei mikromechanische Sensorchips 170, 171 und einen Auswertechip 180 auf. Die Sensorchips 170, 171 können wie in der seitlichen Ansicht der 1 bis 3 dargestellt eine im Wesentlichen L-förmige Form mit jeweils einer seitlichen Stufe aufweisen. Auch weisen die beiden Sensorchips 170, 171 im Wesentlichen die gleiche Dicke bzw. Höhe auf. Hierbei kann der Sensorchip 170 beispielsweise zum Erfassen einer Beschleunigung und der Sensorchip 171 zum Erfassen einer Drehrate ausgebildet sein. Zu diesem Zweck weisen die beiden Sensorchips 170, 171 beweglich gelagerte Funktionselemente wie zum Beispiel Schwinger strukturen auf (nicht dargestellt), deren Auslenkung beispielsweise auf kapazitive Weise erfasst werden kann. Der Auswertechip 180, welcher zum Steuern der Sensorchips 170, 171 und zum Auswerten oder Weiterverarbeiten der von den Sensorchips 170, 171 ausgegebenen Messsignale dient, kann insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, Application Specific Integrated Circuit) ausgebildet sein.The 1 to 3 show the manufacture of a sensor device 100 in a schematic side view. 4 shows the sensor device 100 in a further schematic side view, which compared to the representation of 3 rotated by 90 °. The sensor device 100 has two micromechanical sensor chips 170 . 171 and an evaluation chip 180 on. The sensor chips 170 . 171 can as in the lateral view of the 1 to 3 illustrated have a substantially L-shaped form, each with a lateral step. Also, the two sensor chips 170 . 171 essentially the same thickness or height. Here, the sensor chip 170 for example, to detect an acceleration and the sensor chip 171 be formed for detecting a rotation rate. For this purpose, the two sensor chips 170 . 171 movably mounted functional elements such as oscillator structures on (not shown), the deflection can be detected, for example, in a capacitive manner. The evaluation chip 180 which is used to control the sensor chips 170 . 171 and to evaluate or further process the from the sensor chips 170 . 171 output measured signals can be formed in particular as an application-specific integrated circuit (ASIC, Application Specific Integrated Circuit).

Zu Beginn des Herstellungsverfahrens wird ein Gehäusegrundkörper 110 bereitgestellt, welcher ein Bodenteil mit einer Innen- bzw. Bodenfläche 111 zum Aufbringen von Chips und die Bodenfläche 111 begrenzende Seitenwände aufweist (1). Der Gehäusegrundkörper 110 weist ferner an zwei Seiten sich durch Gehäusewände erstreckende Kontaktelemente 115 zur externen Kontaktierung der Sensorvorrichtung 100 auf. Innenraumseitig können die Kontaktelemente 115 wie in 4 dargestellt an der Oberseite von zwei stufenförmigen Absätzen verlaufen, welche die Bodenfläche 111 seitlich begrenzen. Einer der stufenförmigen Absätze ist in den 1 bis 3 in Form einer horizontalen Linie angedeutet. Die Kontaktelemente 115 sind zum Beispiel in Form eines als „lead frame” bezeichneten Leitungsrahmens ausgebildet, welcher außerhalb des Gehäuses Anschlusspins zur Befestigung auf einer Leiterplatte aufweist (nicht dargestellt).At the beginning of the manufacturing process is a housing body 110 provided, which has a bottom part with an inner or bottom surface 111 for applying chips and the bottom surface 111 has bounding sidewalls ( 1 ). The housing body 110 also has on two sides by contact walls extending through housing walls 115 for external contacting of the sensor device 100 on. Interior side, the contact elements 115 as in 4 shown at the top of two stepped steps, which the bottom surface 111 limit laterally. One of the stepped heels is in the 1 to 3 indicated in the form of a horizontal line. The contact elements 115 are, for example, in the form of a lead frame called lead frame, which has connection pins for mounting on a printed circuit board outside the housing (not shown).

Die zwei Sensorchips 170, 171 werden nebeneinander auf der Bodenfläche 111 des bereitgestellten Gehäusegrundkörpers 110 angebracht, wobei die Stufen der Sensorchips wie in 1 dargestellt in entgegengesetzte Richtungen voneinander weg orientiert sind. Hierbei wird zunächst für jeden der Sensorchips 170, 171 in einem vorgegebenen Bereich auf der Bodenfläche 111 eine Schicht eines Klebstoffes 120 aufgebracht. Dies kann beispielsweise mithilfe einer geeigneten Dispensevorrichtung durchgeführt werden. Nachfolgend werden die Sensorchips 170, 171 auf die zugehörigen Klebstoffschichten 120 aufgesetzt, wodurch die Sensorchips 170, 171 zuverlässig und sicher mit der Bodenfläche 111 verbunden werden.The two sensor chips 170 . 171 Be side by side on the floor surface 111 of the provided housing main body 110 attached, with the stages of the sensor chips as in 1 shown oriented in opposite directions away from each other. This is initially for each of the sensor chips 170 . 171 in a given area on the floor surface 111 a layer of an adhesive 120 applied. This can be done for example by means of a suitable dispensing device. The following are the sensor chips 170 . 171 on the associated adhesive layers 120 put on, causing the sensor chips 170 . 171 reliable and safe with the bottom surface 111 get connected.

Da die Sensorchips 170, 171 über jeweils eine Klebstoffschicht 120 direkt auf der Bodenfläche 111 angeordnet werden, ist es möglich, die Sensorchips 170, 171 relativ einfach mit einer genauen räumlichen Orientierung bzw. hohen Lagegenauigkeit in Bezug auf das Gehäuse bzw. den Gehäusegrundkörper 110 zu montieren. Auf diese Weise können die Sensorchips 170, 171 im Betrieb der Sensor vorrichtung 100 physikalische Messgrößen wie die Beschleunigung oder Drehrate mit einer hohen Genauigkeit in Bezug auf vorgegebene Raumrichtungen erfassen, d. h. dass ein die Messung störendes Erfassen eines Anteils einer Messgröße in einer anderen Raumrichtung (möglichst) vermieden wird.Because the sensor chips 170 . 171 each with an adhesive layer 120 directly on the floor surface 111 It is possible to arrange the sensor chips 170 . 171 Relatively simple with a precise spatial orientation or high positional accuracy with respect to the housing or the housing body 110 to assemble. In this way, the sensor chips 170 . 171 during operation of the sensor device 100 detect physical measured variables such as the acceleration or yaw rate with a high degree of accuracy with respect to predetermined spatial directions, ie that a measurement disturbing detection of a portion of a measured variable in another spatial direction (if possible) is avoided.

Im Anschluss an das Aufbringen der Sensorchips 170, 171 auf der Bodenfläche 111 erfolgt das Anordnen des Auswertechips 180 auf den beiden Sensorchips 170, 171 (1). Der Auswertechip 180, welcher im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist, wird hierbei derart auf den Sensorchips 170, 171 angeordnet bzw. weist eine derartige laterale Ausdehnung auf, dass die seitlichen Stufen der Sensorchips 170, 171 von oben unverdeckt und damit frei zugänglich sind. Zum Aufbringen des Auswertechips 180 werden auf den Oberseiten der beiden Sensorchips 170, 171 weitere Klebstoffschichten 120 aufgebracht, und wird der Auswertechip 180 nachfolgend auf den Klebstoffschichten 120 aufgesetzt.Following the application of the sensor chips 170 . 171 on the floor surface 111 the arrangement of the evaluation chip takes place 180 on the two sensor chips 170 . 171 ( 1 ). The evaluation chip 180 , which is formed substantially cuboid, is in this case on the sensor chips 170 . 171 arranged or has such a lateral extent that the lateral stages of the sensor chips 170 . 171 uncovered from above and thus freely accessible. For applying the evaluation chip 180 be on the tops of the two sensor chips 170 . 171 further adhesive layers 120 applied, and is the evaluation chip 180 subsequently on the adhesive layers 120 placed.

Durch den gestapelten Aufbau ergibt sich eine relativ kleine „Grundfläche” der Chipanordnung, so dass die Sensorvorrichtung 100 mit einer geringen Größe verwirklicht werden kann. Auch kann der Auswertechip 180 relativ kleine laterale Abmessungen aufweisen, da auf der Oberseite des Auswertechips 180 (neben Kontaktflächen für eine elektrische Verbindung) keine Flächenbereiche zum Aufbringen von Sensorchips vorzusehen sind. Die Anordnung der Sensorchips 170, 171 zwischen der Bodenfläche 111 und dem Auswertechip 180 bewirkt ferner eine mechanische Stabilisierung der Sensorchips 170, 171. Auf diese Weise kann eine gegebenenfalls auftretende Schwingungsanregung durch die Sensorchips 170, 171, was mit einer eine Messung beeinträchtigenden Lageveränderung der Sensorchips 170, 171 verbunden sein kann, gedämpft bzw. unterdrückt werden.The stacked structure results in a relatively small "footprint" of the chip arrangement, so that the sensor device 100 can be realized with a small size. Also, the evaluation chip 180 have relatively small lateral dimensions, as on the top of the evaluation chip 180 (In addition to contact surfaces for an electrical connection) no surface areas are provided for applying sensor chips. The arrangement of the sensor chips 170 . 171 between the floor area 111 and the evaluation chip 180 also causes a mechanical stabilization of the sensor chips 170 . 171 , In this way, an optionally occurring vibration excitation by the sensor chips 170 . 171 , what with a measurement impairing change in position of the sensor chips 170 . 171 can be connected, attenuated or suppressed.

Nach dem Aufbringen der Chips 170, 171, 180 wird der Auswertechip 180 elektrisch über Bonddrähte 140 mit den Sensorchips 170, 171 und mit den Kontaktelementen 115 des Gehäusegrundkörpers 110 verbunden (2 und 4). Zu diesem Zweck weisen der Auswertechip 180 und die Sensorchips 170, 171 auch als „Bondpads” bezeichnete Kontaktflächen auf (nicht dargestellt), an welche die Bonddrähte 140 durch Durchführen eines Drahtbondverfahrens angeschlossen werden. Die Kontaktflächen des Auswertechips 180 sind hierbei auf dessen freiliegender Oberseite, und die Kontaktflächen der Sensorchips 170, 171 auf der Oberseite der seitlich hervorstehenden Stufen vorgesehen. Durch die Anordnung des Auswertechips 180 auf den Sensorchips 170, 171 wird ein freier Zugang zur Oberseite des Auswertechips 180 und damit zu dessen Kontaktflächen ermöglicht, so dass sich das Anbringen der Bonddrähte 140 auf eine einfache Weise durchführen last. Dies gilt in gleicher Weise für die Kontaktflächen der Sensorchips 170, 171, welche auf den frei zugänglichen seitlichen Stufen angeordnet sind.After applying the chips 170 . 171 . 180 becomes the evaluation chip 180 electrically via bonding wires 140 with the sensor chips 170 . 171 and with the contact elements 115 of the housing body 110 connected ( 2 and 4 ). For this purpose, the evaluation chip 180 and the sensor chips 170 . 171 also referred to as "bond pads" contact surfaces on (not shown), to which the bonding wires 140 by performing a wire bonding process. The contact surfaces of the evaluation chip 180 are here on its exposed top, and the contact surfaces of the sensor chips 170 . 171 provided on top of the laterally projecting steps. By the Anord tion of the evaluation chip 180 on the sensor chips 170 . 171 is a free access to the top of the evaluation chip 180 and thus allows its contact surfaces, so that the attachment of the bonding wires 140 perform in a simple way last. This applies equally to the contact surfaces of the sensor chips 170 . 171 which are arranged on the freely accessible lateral steps.

Um eine Korrosion der Kontaktflächen zu verhindern, werden die Kontaktflächen bzw. die die Kontaktflächen aufweisenden Bereiche der Chips 170, 171, 180 nach dem Ausbilden der Bondrahtverbindungen wie in 2 angedeutet mithilfe eines Versiegelungsmittels 130 passiviert bzw. abgedeckt. Das Versiegelungsmittel 130 kann in entsprechender Weise auch auf den Kontaktelementen 115 vorgesehen werden (nicht dargestellt). Bei dem Versiegelungsmittel 130 handelt es sich zum Beispiel um ein Versiegelungsgel wie insbesondere Silikongel, welches beispielsweise mit einer entsprechenden Dispensevorrichtung aufgetragen wird.In order to prevent corrosion of the contact surfaces, the contact surfaces or the contact surfaces having areas of the chips 170 . 171 . 180 after forming the bonding wire connections as in 2 implied by means of a sealant 130 passivated or covered. The sealant 130 can in a corresponding manner also on the contact elements 115 be provided (not shown). For the sealant 130 it is, for example, a sealing gel such as silicone gel in particular, which is applied for example with a corresponding Dispensevorrichtung.

Auch hierbei erweist sich die Anordnung des Auswertechips 180 auf den Sensorchips 170, 171 und einen dadurch bedingten freien Zugang als vorteilhaft, um das Versiegelungsmittel 130 mit einer hohen Genauigkeit lediglich im Bereich der Kontaktflächen auf den Chips 170, 171, 180 aufzubringen. Insbesondere besteht keine Gefahr eines übermäßigen Umhüllens bzw. Überziehens der Sensorchips 170, 171 und damit der Bonddrähte 140 mit dem Versiegelungsmittel 130, wie es bei einer (umgekehrten) Anordnung eines Sensorchips auf einem Auswertechip aufgrund von Kapillareffekten auftreten kann. Auf diese Weise werden hierdurch verursachte Parasitärkapazitäten zwischen den Bonddrähten 140 vermieden. Auch wird eine gegebenenfalls auftretende chemische Wechselwirkung zwischen dem Versiegelungsmittel 130 und den Klebstoffschichten 120, was zu einer unerwünschten Ausgasung oder auch zu einem Ablösen von Chips führen kann, verhindert.Again, the arrangement of the evaluation chip proves 180 on the sensor chips 170 . 171 and a consequent free access as advantageous to the sealant 130 with high accuracy only in the area of contact surfaces on the chips 170 . 171 . 180 applied. In particular, there is no risk of excessive enveloping or coating of the sensor chips 170 . 171 and thus the bonding wires 140 with the sealant 130 , as it can occur in a (reverse) arrangement of a sensor chip on a Auswertechip due to capillary effects. In this way, thereby caused parasitic capacitances between the bonding wires 140 avoided. Also, an optional chemical interaction between the sealant 130 and the adhesive layers 120 , which can lead to an unwanted outgassing or even a detachment of chips prevented.

Im Anschluss an das Drahtbonden und das Versiegeln der Kontaktflächen der Chips 170, 171, 180 wird der Gehäusegrundkörper 110 mit einem Deckel 119 verschlossen, so dass die Sensorvorrichtung 100 im Wesentlichen fertig gestellt ist (3 und 4). Der Deckel 119 kann beispielsweise durch Verkleben oder Laserschweißen mit dem Gehäusegrundkörper 110 verbunden werden. Auf die se Weise weist die Sensorvorrichtung 100 ein Gehäuse mit einem geschlossenen Innenraum auf, wodurch die Chips 170, 171, 180 insbesondere gegenüber Schmutz und Staubpartikeln geschützt sind.Following the wire bonding and sealing of the contact surfaces of the chips 170 . 171 . 180 becomes the housing body 110 with a lid 119 closed, leaving the sensor device 100 is essentially completed ( 3 and 4 ). The lid 119 For example, by gluing or laser welding with the housing body 110 get connected. In the se way, the sensor device 100 a housing with a closed interior on, causing the chips 170 . 171 . 180 especially protected against dirt and dust particles.

Die folgenden 5 und 6 zeigen eine weitere Sensorvorrichtung 200 in zwei unterschiedlichen, zueinander um 90° verdrehten seitlichen Darstellungen. 7 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts von 6. Die Sensorvorrichtung 200 stimmt hinsichtlich des Aufbaus und der Herstellung im Wesentlichen mit der Sensorvorrichtung 100 überein. In Bezug auf Details zu Herstellungsschritten wird daher auf die Ausführungen zur Herstellung der Sensorvorrichtung 100 verwiesen.The following 5 and 6 show another sensor device 200 in two different, by 90 ° twisted lateral views. 7 shows an enlarged view of a section of 6 , The sensor device 200 In terms of design and manufacture, it is essentially the same as the sensor device 100 match. With respect to details of manufacturing steps, therefore, the embodiments for the production of the sensor device 100 directed.

Die Sensorvorrichtung 200 weist wiederum zwei L-förmige mikromechanische Sensorchips 270, 271 und einen quaderförmigen Auswertechip 280 auf. Der Sensorchip 270 kann beispielsweise zum Erfassen einer Beschleunigung und der Sensorchip 271 zum Erfassen einer Drehrate ausgebildet sein. Bei dem Auswertechip 280 kann es sich insbesondere um einen ASIC-Chip handeln. Die Chips 270, 271, 280 sind in einem Innenraum eines Gehäuses angeordnet, welches durch einen Gehäusegrundkörper 210 und einen mit dem Gehäusegrundkörper 210 verbundenen Deckel 219 gebildet wird. Über Klebstoffschichten 120 sind die Sensorchips 270, 271 auf einer Bodenfläche 211 des Gehäusegrundkörpers 210, und der Auswertechip 280 auf den Sensorchips 270, 271 angeordnet.The sensor device 200 again has two L-shaped micromechanical sensor chips 270 . 271 and a cuboid evaluation chip 280 on. The sensor chip 270 For example, to capture an acceleration and the sensor chip 271 be formed for detecting a rotation rate. At the evaluation chip 280 it may in particular be an ASIC chip. The chips 270 . 271 . 280 are arranged in an interior of a housing, which by a housing base body 210 and one with the housing body 210 connected lid 219 is formed. Over adhesive layers 120 are the sensor chips 270 . 271 on a floor surface 211 of the housing body 210 , and the evaluation chip 280 on the sensor chips 270 . 271 arranged.

Der Gehäusegrundkörper 210 weist Kontaktelemente 215 beispielsweise in Form eines Leitungsrahmens auf, welche sich durch Gehäusewände erstrecken und an den Innenraum angrenzen. Über Bonddrähte 140 ist der Auswertechip 280 mit den Sensorchips 270, 271 und mit den Kontaktelementen 215 elektrisch verbunden. Die Bonddrähte 140 kontaktieren hierbei Kontaktflächen auf einer freiliegenden Oberseite des Auswertechips 280 und auf frei zugänglichen Stufen der Sensorchips 270, 271. Die Kontaktflächen sind hierbei mit einem Versiegelungsmittel abgedeckt (nicht dargestellt), um eine Korrosion zu verhindern.The housing body 210 has contact elements 215 For example, in the form of a lead frame, which extend through housing walls and adjacent to the interior. About bonding wires 140 is the evaluation chip 280 with the sensor chips 270 . 271 and with the contact elements 215 electrically connected. The bonding wires 140 in this case contact surfaces on an exposed top of the evaluation chip 280 and on freely accessible stages of the sensor chips 270 . 271 , The contact surfaces are here covered with a sealant (not shown) to prevent corrosion.

Im Unterschied zur Sensorvorrichtung 100 weist der Gehäusegrundkörper 210 der Sensorvorrichtung 200 in der in 6 gezeigten seitlichen Ansicht eine relativ enge Kavität auf, welche die Bodenfläche 211 und an die Bodenfläche 211 (beispielsweise rechtwinklig) angrenzende Seitenflächen 212 umfasst. Die Sensorchips 270, 271 sind hierbei innerhalb der Kavität montiert. Der Gehäusegrundkörper 210 weist weiter an die Seitenflächen 212 der Kavität angrenzende Auflageflächen 213 auf. Die Auflageflächen 213 können wie in 6 dargestellt im Wesentlichen parallel zu der Bodenfläche 211 verlaufen. Angrenzend an die Auflageflächen 213 sind zwei stufenförmige Absätze vorgesehen, welche zum Teil durch die Kontaktelemente 215 gebildet sind bzw. diese aufnehmen. Der Auswertechip 280, welcher an den Seiten über die Sensorchips 270, 271 bzw. die Kavität hinausragt, ist zusätzlich auf den Auflageflächen 213 angeordnet. Zu diesem Zweck werden auch auf den Auflageflächen 213 Klebstoffsschichten 120 ausgebildet, auf welche der Auswertechip 280 seitlich aufgesetzt wird (7).In contrast to the sensor device 100 has the housing body 210 the sensor device 200 in the in 6 shown side view of a relatively narrow cavity on which the bottom surface 211 and to the bottom surface 211 (for example, rectangular) adjacent side surfaces 212 includes. The sensor chips 270 . 271 are mounted inside the cavity. The housing body 210 points further to the side surfaces 212 the cavity adjacent bearing surfaces 213 on. The bearing surfaces 213 can like in 6 shown substantially parallel to the bottom surface 211 run. Adjacent to the bearing surfaces 213 two step-shaped paragraphs are provided, which in part by the contact elements 215 are formed or record this. The evaluation chip 280 , which on the sides over the sensor chips 270 . 271 or the cavity protrudes, is also on the support surfaces 213 arranged. For this purpose are also on the bearing surfaces 213 adhesive layers 120 formed, on which the evaluation chip 280 attached laterally ( 7 ).

Durch die Anordnung des Auswertechips 280 auf den Sensorchips 270, 271 und darüber hinaus auf den Auflageflächen 213 des Gehäusegrundkörpers 210 wird eine zusätzliche Fixierung bzw. Stabilisierung der Sensorchips 270, 271 erzielt. Auf diese Weise lässt sich eine durch die Sensorchips 270, 271 verursachte Schwingungsanregung mit einer hohen Zuverlässigkeit dämpfen, so dass sich eine hohe Lagegenauigkeit der Sensorchips 270, 271 in dem Gehäuse ergibt. Die zusätzliche seitliche Fixierung des Auswertechips 280 auf den Auflageflächen 213 begünstigt ferner das Anbringen von Bonddrähten 140 auf Kontaktflächen an der Oberseite des Auswertechips 280.By the arrangement of the evaluation chip 280 on the sensor chips 270 . 271 and beyond on the bearing surfaces 213 of the housing body 210 becomes an additional fixation or stabilization of the sensor chips 270 . 271 achieved. In this way, one through the sensor chips 270 . 271 dampen vibration excitation caused with high reliability, so that a high positional accuracy of the sensor chips 270 . 271 in the housing results. The additional lateral fixation of the evaluation chip 280 on the bearing surfaces 213 further favors the attachment of bonding wires 140 on contact surfaces at the top of the evaluation chip 280 ,

Die anhand der Figuren erläuterten Sensorvorrichtungen 100, 200 stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar. Darüber hinaus sind Sensorvorrichtungen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen der Erfindung umfassen. Beispielsweise sind Sensorvorrichtungen denkbar, welche lediglich einen oder auch mehr als zwei Sensorchips aufweisen. Ein Beispiel ist eine Sensorvorrichtung mit drei Sensorchips, um Beschleunigungen in drei zueinander senkrechten Raumrichtungen zu erfassen. Gleichermaßen können Sensorvorrichtungen auch mit mehr als einem Auswertechip ausgestattet sein. Bei all diesen möglichen Abwandlungen können die oben beschriebenen Vorteile wie insbesondere ein platzsparender Aufbau, eine zuverlässige Dämpfung und eine hohe Lagegenauigkeit von Sensorchips dadurch erzielt werden, dass der bzw. die Auswertechips (wenigstens zu einem Teil) auf dem bzw. den Sensorchips und gegebenenfalls zusätzlich auf entsprechenden Auflageflächen eines Gehäuses angeordnet sind.The illustrated with reference to the figures sensor devices 100 . 200 In addition, sensor devices are conceivable which comprise further modifications of the invention. For example, sensor devices are conceivable which have only one or even more than two sensor chips. An example is a sensor device with three sensor chips in order to detect accelerations in three mutually perpendicular spatial directions. Similarly, sensor devices may also be equipped with more than one evaluation chip. In all these possible modifications, the advantages described above, such as, in particular, a space-saving design, reliable damping and high position accuracy of sensor chips, can be achieved by the evaluation chip or chips (at least in part) on the sensor chip (s) and optionally additionally are arranged on corresponding bearing surfaces of a housing.

Claims

Sensor device comprising a housing ( 110 ; 119 ; 210 ; 219 ), a sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) and an evaluation chip ( 180 ; 280 ), the housing ( 110 ; 119 ; 210 ; 219 ) comprises an interior in which the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) and the evaluation chip ( 180 ; 280 ) are arranged, characterized in that the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) on a floor surface ( 111 ; 211 ) of the housing ( 110 ; 119 ; 210 ; 219 ) and the evaluation chip ( 180 ; 280 ) on the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) is arranged.

Sensor device according to claim 1, characterized by adhesive layers ( 120 ) via which the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) on the floor surface ( 111 ; 211 ) and the evaluation chip ( 180 ; 280 ) on the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) is arranged.

Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 210 ; 219 ) has a cavity which the bottom surface ( 211 ) and to the floor surface ( 211 ) adjacent side surfaces ( 212 ), wherein the housing ( 210 ; 219 ) to the side surfaces ( 212 ) of the cavity adjacent bearing surfaces ( 213 ), and wherein the evaluation chip ( 280 ) additionally on the bearing surfaces ( 213 ) is arranged.

Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 110 ; 119 ; 210 ; 219 ) Contact elements ( 115 ; 215 ) for external contacting, which adjoin the interior, wherein the evaluation chip ( 180 ; 280 ) electrically with the contact elements ( 115 ; 215 ) and with the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) connected is.

Sensor device according to claim 4, characterized in that the electrical connection via bonding wires ( 140 ), which at contact surfaces of the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) and the evaluation chip ( 180 ; 280 ) are connected, wherein the contact surfaces with a sealant ( 130 ) are covered.

Sensor device according to one of the preceding claims, characterized by two in the interior space on the bottom surface ( 111 ; 211 ) arranged sensor chips ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ), whereby the evaluation chip ( 180 ; 280 ) on the two sensor chips ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) is arranged.

Method for producing a sensor device, characterized by the method steps: - providing a housing basic body ( 110 ; 210 ) with contact elements ( 115 ; 215 ) for external contacting; Arranging a sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) on a floor surface ( 111 ; 211 ) of the housing body ( 110 ; 210 ); Arranging an evaluation chip ( 180 ; 280 ) on the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ); - establishing electrical connections between the evaluation chip ( 180 ; 280 ) and the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) and between the evaluation chip ( 180 ; 280 ) and the contact elements ( 115 ; 215 ) of the housing body ( 110 ; 210 ); and - connecting the housing body ( 110 ; 210 ) with a lid ( 119 ; 219 ).

Method according to claim 7, characterized in that the arrangement of the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) on the floor surface ( 111 ; 211 ) of the housing body ( 110 ; 210 ) and arranging the evaluation chip ( 180 ; 280 ) on the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) each applying an adhesive layer ( 120 ) on the floor surface ( 111 ; 211 ) and on the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) to the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) and the evaluation chip ( 180 ; 280 ) via the corresponding adhesive layers ( 120 ) on the floor surface ( 111 ; 211 ) or on the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ).

Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that the production of electrical connections between the evaluation chip ( 180 ; 280 ) and the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) and between the evaluation chip ( 180 ; 280 ) and the contact elements ( 115 ; 215 ) of the housing body ( 110 ; 210 ) connecting contact surfaces of the evaluation chip ( 180 ; 280 ), the sensor chip ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) and the contact elements ( 115 ; 215 ) using bonding wires ( 140 ), wherein the contact surfaces are subsequently sealed by means of a sealant ( 130 ) are covered.

A method according to claim 9, characterized in that the housing base body ( 210 ) has a cavity which the bottom surface ( 211 ) and to the floor surface ( 211 ) adjacent side surfaces ( 212 ), wherein the housing base body ( 210 ) to the side surfaces ( 212 ) of the cavity adjacent bearing surfaces ( 213 ), and wherein the evaluation chip ( 280 ) additionally on the bearing surfaces ( 213 ) is arranged.

Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that two sensor chips ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) on the floor surface ( 111 ; 211 ) of the housing body ( 110 ; 210 ), and that the evaluation chip ( 180 ; 280 ) on the two sensor chips ( 170 ; 171 ; 270 ; 271 ) is arranged.