传感器及其制造方法

专利名称：传感器及其制造方法
技术领域：
本发明一般而言涉及下述类型的传感器，具有:
-结构，其包括支撑体；
-电路装置，其包括电路部件，在其中包括用于生成表示要被检测的量的电信号的检测装置；以及
-至少一个电路支撑件，其被固定到所述支撑体上并且具有表面，多个前述的电路部件(在其中包括导电路径)被形成在所述表面上。已经特别关于压力传感器开发了本发明(其在任何情况下可以被应用于各种类型的传感器)，在其中薄膜经受弹性变形，随正被测量的流体的压力而变化，并且所述电路部件包括用于生成表示前述薄膜的变形的电信号的检测装置。
背景技术：
所涉及的类型的传感器被使用在用于在各种领域中检测流体(液体和气体)的压力的设备中。这些检测设备典型地包括限定具有用于流体(该流体的压力要被测量)的入口的腔室的壳体，以及被容纳在所述腔室中的压力传感器。在第一类型的解决方案中，所述传感器具有主体，其具有限定要被暴露于所述流体的薄膜的结构功能。在所述薄膜(其至少部分地由电绝缘材料(例如，陶瓷材料或至少部分地被绝缘层覆盖的金属材料)制成)上，所述检测装置(被配置用于检测所述薄膜自身的弯曲或弹性变形)被至少部分地设置或延伸。所述检测装置典型地由电阻元件、电容元件或压电-电阻元件构成，例如，电阻器桥。所述传感器一般也包括电路，至少部分地被容纳在所述设备的所述壳体的所述腔室中，在相对于用于所述流体的所述入口绝缘的位置处。在一些情况下，所述传感器的所述主体(其在一个或多个部分中由电绝缘材料制成)自身支撑所述电路装置，被配置用于处理指示所述薄膜的弯曲并因此指示所述流体的压力的信号。此电路装置典型地由印刷电路板(该印刷电路板由玻璃增强的塑料制成)组成，在其上形成电路图案，包括多个由导电材料制成的路径。在所述印刷电路板上可以安装或形成被连接到前述路径的各种电路部件，诸如电容器、电阻器、集成电路。所述印刷电路板被固定在距所述薄膜一定距离处设置的位置上，并且被连接以便处理在所述薄膜变形时随之生成的信号。在一些情况下，当所述传感器的所述主体由电绝缘材料制成时，所述装置的电路部件(诸如所述连接路径和所述检测装置)经由丝网印的沉积而被直接形成在所述传感器的所述主体的一个面上。在金属主体的情况下，前述的面将至少部分地被一层绝缘材料覆盖，在获得所述电路和所述检测装置所必需的所述材料的沉积之前，所述绝缘材料自身可以经由丝网印而被沉积。在第二类型的已知的解决方案中，所述传感器包括半导体材料(典型地是硅)的芯片或裸片，其限定所述检测薄膜并且在其中直接限定小型化的电子电路。在这些解决方案中，将所述薄膜的功能和所述检测装置的功能集成在一个并且相同的部件中，即所述裸片。所述传感器包括主体或基底，被提供有贯通的开口。将所述开口的一端设计为被设置与流体电路相通信，所述流体(其压力将被测量)位于所述流体电路中，而在所述开口的相对端处，所述裸片以密封的方式被安装以致它的薄膜将实质上面向所述开口的所述端。同样在这些解决方案中，由玻璃增强的塑料制成的印刷电路板(在其中形成电路装置，所述电路装置包括被连接到所述裸片的导电路径)可以被固定在所述主体或基底上。当所述基底由绝缘材料(例如陶瓷材料)制成时，前述电路装置可以经由丝网印而被直接形成在其上。在导电基底的情况下，在所述电路装置的部件和所述基底之间必须提供至少一个绝缘层，其也可以经由丝网印而被沉积。在其中电路板被固定或被从外部连接到所述传感器的支撑体的解决方案通常呈现如下优势:使得更大的区域可用于布置必需的电路元件，但是呈现如下缺点:需要额外的基底、不得不将其连接到所述传感器、以及通常具有更大的总高度。同样地，在其中所述电路装置的许多部件(诸如导电路径、连接触点、检测元件)经由材料的沉积而被直接形成在所述支撑体上的解决方案呈现某些缺点。丝网印的沉积假定预布置多个丝网或掩膜，每个限定所述电路的各个部分的布局，诸如所述路径、所述电阻器、用于所述传感器的外部连接的触点、可能的绝缘层等等。每当每次同时地丝网印有限数量的支撑件(常常甚至仅一个支撑件)时，每个掩膜将被使用，以在低的产品成品率的情况下获得在所述各个传感器上的沉积的良好质量。在每个沉积之后，并且在下一个沉·积之前，所述支撑体必须另外经受干燥来消除在油墨中使用的溶剂并且导致所沉积的材料的固结。US 5.142.915 A公开了用于制造力传感器元件的方法，其中未燃烧的陶瓷带在已经被层压在层状基底上之后被点燃，并且其后在所述燃烧的带上形成导体和电阻器的系统，其随后被点燃。US 7513164 BI公开了用于制造ATF (先进的厚膜)压力变换器的过程。在柔性的金属基底上，至少一个介电层被沉积并且其后导体层被沉积在所述至少一个介电层上。随后在所述导体层上沉积电路部件，并且最终沉积保护面釉。可以使用许多技术(诸如印刷、蒸发沉积、化学沉积、层压)将所述一个或多个介电层沉积在所述金属基底上。

发明内容
本发明具有提供传感器(尤其是压力传感器)的基本目的，该传感器与现有技术相比是更简单的、更方便的、以及是更快生产的，并且因此具有更可控的成本。在此框架内，本发明的目的是指出用于制造这样的传感器的特别有利的方法。本发明的另一目的是提供传感器，所述传感器的结构包括支撑体，电路支撑件以稳定的方式被刚性地连接到所述支撑体，其对各种使用条件和/或相对高的温度是有抵抗力的。根据本发明，通过用于制造压力传感器的方法以及通过具有在所附的权利要求中指定的特征的压力传感器(其形成关于本发明而被提供的技术教导的组成部分)，上述目的和将在下文显露的又另外的目的被实现。


本发明的另外的目的、特征和优势将从随后的详细描述和附图清楚地显露，其仅仅借助于说明性的并且非限制性的实例而被提供，并且在其中:-图1是被用于生产根据本发明的传感器的介电材料的带的示意性立体 -图2是以更大比例的图1中示出的类型的带的局部立体图，在其上直接形成多个电路图案；
-图3是图2的带的单一部分的立体图，包括各自的电路装置；
-图4和图5分别是根据本发明的第一实施例的压力传感器的导电支撑体的示意性立体图和示意性横截面视 -图6-7是图3的带部分与图4-5的支撑体的组合的步骤的示意 -图8是根据本发明的前述第一实施例的传感器的制造的另外的步骤的示意 -图9和图10分别是根据本发明的第二实施例的压力传感器的绝缘支撑体的示意性立体图和示意性横截面视 -图11-13是与图6-8的那些相似的视图，对应于根据本发明的前述第二实施例的传感
器；
-图14和图15分别是根据本发明的第三实施例的压力传感器的支撑体的示意性立体图和示意性横截面视 -图16-18是与图6-8和图11-13的那些相似的视图，对应于根据本发明的前述第三实施例的传感器；
-图19和图20分别是根据本发明的第四实施例的压力传感器的支撑体的示意性立体图和示意性横截面视 -图21是在图3中示出的类型的带的单一部分的立体图，但是所述带为了实施本发明的前述第四实施例的目的而被不同地处理；
-图22-23是与图6-7和图11-12的那些相似的视图，对应于根据本发明的前述第四实施例的传感器。-图24-25是根据本发明的前述第四实施例的传感器的制造的两个另外的步骤的示意图；以及
-图26是从图25的步骤得到的传感器的示意性横截面视图。
具体实施例方式在本说明书的框架中提及“实施例”或“一个实施例”表明:关于该实施例而被描述的特定的配置、结构或特征被包括在至少一个实施例中。同样地，诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”等等可能在本说明书的各种点中出现的词语不必全部指同一个实施例。此夕卜，所述特定的配置、结构或特征可以以任何适当的方式在一个或更多实施例中被结合。在下文中所使用的参考仅仅为了方便而被提供并且不限定保护的范围或所述实施例的范围。在本说明书的后续中，诸如“顶部”和“底部”的术语将被理解为仅仅非限制性的空间参考以有助于图中所示出的项目的描述。在下文中，将关于压力传感器的生产描述优选的应用，然而，记住的是:本发明也可以被应用于其他类型的传感器的生产。在图1中作为整体由I所标示的是被用于生产根据本发明的有利应用的压力传感器的介电或绝缘材料的一段带。一般地说，所述带I的一个或多个主 要成分是陶瓷性质的和/或氧化物的，结合适当的粘合剂、分散剂和溶剂。在本发明的优选实施例中，例如，所述带的主要成分是氧化铝，尤其是矾土，指示性地，以包括在10被％和25被％之间的百分比。作为氧化铝的替代或与氧化铝相结合，所述带的成分可以包括二氧化硅、氧化锌、硅酸锆、熔块或粉末状的玻璃作为成分。例如，可以利用带-熔铸技术(例如，参见“陶瓷工艺的原理(principles ofceramics processing)”,第二版,J.S.Reed, J.Wiley 和 Sons, 1995)获得所述带 I,从液体混合物开始，其包括陶瓷粉末，例如矾土和玻璃，在有机媒液中或在水中与所述粘合剂、分散剂和溶剂相混合。指示性地，所述混合物被构成为:一半(以体积计)由液体构成，三分之一由粉末构成，而剩余部分包括添加剂。可以被用于实施本发明的带例如是由W.C.Heraeus GmbH在商标名“HERATAPE”下销售的带。可以被使用的另外类型的带可以例如是由DuPont在商标名“GreenTape”下销售的带。不从本发明的范围排除的是使用用于LTCC和HTCC应用的其他带。典型地,所述带 I的厚度被包括在0.05mm和0.3mm之间(然而,也具有高达Imm或更大的厚度是可能的)并且是柔性的，即，其可以被卷绕成筒，并且因此也可以可能地关联于支撑件或基底上的弯曲的或不规则的表面。为了生产所述传感器的目的，以相对大的长度I方便地提供所述带，例如具有指示性地包含在大约50X50mm或IOOX IOOmm之间的尺寸，尤其是大约50.8X50.8mm或101.6 X 101.6mm。优选地经由所述丝网印或喷射-沉积技术，直接地在每段带I上沉积获得要被生产的传感器的电路部件所必需的材料。特别地，如在图2中所例示的，在一段带I的顶面2上存在所获得的多个电路图案、或导电路径、或电元件，作为整体由3标示，实质上是厚膜类型的。图3借助于实例示出了基本的电路图案，其包括导电路径3a和焊盘端子，用于由3b标示的所述传感器的外部连接。例如以糊剂或油墨的形式沉积的第一材料优选地具有一个或更多金属的基底，从金、银、钼、钯、铜(可能地与适当的粘合剂和溶剂混合至玻璃熔块(或氧化铅)和/或二氧化硅(或氧化硅))中选择所述一个或更多金属。前述第一材料的一个或更多固体成分(例如所述金属成分)可以有利地包括颗粒，所述颗粒具有微米或纳米级尺寸，优选地小于I μ m的特征尺寸；所述颗粒优选地与被设计为与它们形成流体或液体溶液(诸如溶剂，例如酮的溶齐IJ)的至少一种物质相混合。这样的类型的材料使得能够在构成所述带I的材料的微孔或微皱褶中的纳米颗粒之间获得改善的附着。此外，在跟随沉积之后的可能的干燥和/或烘烤和/或烧结的步骤中，各种材料可以熔化和/或彼此结合，甚至在所述材料和/或糊剂和/或油墨之间和/或与所述带I形成机械和/或化学和/或电气结合。这通过所述材料或糊剂或油墨中所包含的颗粒的微米或纳米级结构而被促进，其允许或有助于所述机械和/或化学和/或电气结合。可以根据所述布局的复杂性和/或可能的不同材料的使用的复杂性而利用仅仅一个沉积过程或利用多个过程来获得所述电路图案。例如，所述路径3a和所述端子3b可以利用单一的丝网印或喷射-沉积过程而由同一种材料制成；在在其中所述路径和所述端子将由不同的材料制成的情况下，可以设想两个丝网印或喷射-沉积过程。无论丝网印或喷射-沉积过程的数量，它们中的每一个优选地随后是所述一段带的干燥的步骤，然而，为了所述溶剂的烧尽，存在可能设想的单独的最终干燥步骤。如从图2可以看到的，所述一个或多个沉积过程被执行以便在所述一段带I上同时地获得根据实质上规则阵列布置的多个电路图案3。在所述干燥步骤之后，或在所设想的最后的干燥步骤之后，所述一段带I经受分害I]，即从所述一段带I去除各个电路图案3的过程(如可以在图3中看到的)，以获得由4标示的对应的基本电路。例如可以经由剪切或冲压来获得所述电路4的分离。每个基本电路4因此包括所述带I的对应的部分，由4a标示，其提供了电路支撑件，在其顶面上存在所述电路图案3。在此实例中，所述电路4一般是圆盘形状的，但所述形状显然不将被理解为以任何方式的限制。在所述第一实施例的情况下，所述传感器的结构包括(优选地但非必要地是单片的)由导电材料(诸如金属，例如钢，或导电聚合物)制成的支撑体。借助于图4和图5中的实例来表示这样的钢体。在所述实例中，作为整体由10标示的主体具有整体的圆柱形形状，带有盲腔11，所述盲腔11在一端被薄膜部分12封闭。所述薄膜部分(在下文中为了简 单被定义为“薄膜”)可以指示性地具有包括在0.05mm和4mm之间的厚度，优选地具有包括在0.1mm和2_之间的厚度，并且在任何情况下达到能够在流体的压力下弯曲或经受弹性变形的程度。所述薄膜12被限定在所述主体10的顶面IOa处，在其上对应的基本电路4将被约束在固定的位置中。根据本发明的一个方面，所述电路4被直接约束到所述面IOa上，而没有使用胶水或粘合剂。更特别地，根据本发明，所述电路4经由层压而被关联到所述面IOa上。所述层压处理是使用压力执行的热处理。随着此处理步骤，所述对应的电路被定位在多个主体10的顶面上，经由合适的定位模板被保持在适当的位置上。在所述层压步骤中施加的压力指示性地包括在2500和3500 psi之间，优选地在2000和3000 psi之间，暂时指示性地包括在5和15分钟之间:处理温度指示性地包括在70° C和80° C之间。在对应的主体10上的电路4的层压的结果在图7中被示意性地示出。所述层压之后是在指示性地包括在800° C和900° C之间的温度的烘烤步骤。跟随所述步骤之后，所述电路4被牢固地固定到所述面IOa上，尤其是没有插入的胶水的帮助。在所述实例中，为了实用的目的示出了在平面表面或面IOa上的层压。然而，根据本发明，可以提供涉及在具有不同于所示出的配置的配置的主体或基底的弯曲的或不规则的表面或面上的层压的传感器。为了此目的，所述层压或压力系统可以设想适当形状的层压表面，例如具有与将被层压的面的形状互补的形状，否则所述压力可以被配置为自动适应于所述面，例如具有被定义为“均衡压力”的类型，诸如压力被设计为经由流体的推力和/或压力来执行层压，所述力可以被均匀地施加在要被层压的所述面或表面上。考虑例如在圆柱形表面(诸如管壁)的至少一部分上的传感器的层压。接下来，例如经由丝网印或喷射沉积来进行另外的电路部件的相对于单一主体10固定的基本电路4上的沉积。在所述实例中，所述部件包括多个检测元件，其被形成在所述电路4的实质上中心区域中，S卩，被设置在所述薄膜12的顶部上的区域。在压力传感器的情况下，这些检测元件可以由电阻式、压电电阻式或电容式元件构成。关于在此处所描述的实例，假设所述元件由电阻器构成，在图8中由3c标示，其与对应的路径3a—起形成电阻电桥。在同一个沉积步骤的过程中，或者在随后的步骤中，可以在所述基本电路4上形成另外的部件，诸如例如偏置校准电阻器，在图8中由3d标示。所述另外的部件，或所述检测元件自身，可以在基本电路4被层压在对应的主体10上之前被沉积在所述基本电路4上。用于提供所述电阻器3c、3d而沉积的材料可以是以电阻式或压电电阻式糊剂或油墨的形式，优选地具有一个或多个金属的基底，从钌、铋、银、钯、铅中选择所述一个或多个金属，尤其是以氧化物的形式。同样地在此情况下，所述糊剂或油墨优选地包括二氧化硅(或氧化硅)或玻璃熔块(或氧化铅)，具有适当的粘合剂和溶剂(萜品醇类型的溶剂)。此第二沉积的材料可以具有与关于前述第一材料而描述的那些相共同的特性；例如，它们可以包括微米或纳米级尺寸的颗粒，优选地具有至少小于I μ m的尺寸，优选地与被设计为与它们形成流体或液体溶液的至少一种物质相混合。同样地，这样的第二材料(即，它的颗粒)使得能够获得改善的附着或结合，诸如在所述材料和/或糊剂和/或油墨和/或所述带I之间的机械和/或化学和/或电气结合。在形成所述电阻器3c、3d之后，半成品优选地经受所述电阻式糊剂的干燥和烘烤的步骤，在其末端获得所述压力传感器，如可以在图8中看到的。所述电路4经由层压被约束到所述主体10上的事实使得在所示出的情况下能够获得电路支撑件4a在所述薄膜12上的最佳附着及其可能的高的平面性程度。由于此解决方案，保证了测量·电桥的高的稳定性程度，在此处由所述电阻器3c构成，这是就如下而言的:所述电阻器自身被沉积在尺寸上稳定的材料上，致使相对于所述主体10被牢固地固定，并且在所论及的情况下，在平坦的表面上。此外，所提出的解决方案能够使得所述沉积过程最优化:即，例如，其使得能够分别关于所对应的支撑体同时地沉积许多电路(换句话说，用于η个传感器的电路装置在单一步骤中被沉积在同一个带上，而不是被个别地沉积在多个单独的支撑体上)。使用由介电材料的一段带构成的电路支撑件避免了如下需要(其是已知技术的典型特征):在所述主体10上放置被直接沉积在所述主体的所述面IOa上的绝缘层，例如氧化物层。此外，所述带能够使得将所述电路4以可靠的方式固定到所述主体10上，尤其是没有使用插入的胶水，由此获得具有稳定尺寸的基底4a和/或具有良好的绝缘特性的电路，甚至在相对高的温度。所述解决方案的另一优势是:所述主体10必须经受的烘烤操作的数量被减少，这有益于所述生产过程。在所例示的实施例中，所述检测元件3c和所述可能的其他沉积的电路部件3d在层压之后被形成在所述基本电路4上。另一方面，在可能的变体中，所述部件也可以在层压之前被直接形成在所述电路支撑件4a上。由于所述电阻器的厚度(其比较而言大于所述路径3a和所述端子3b的厚度)，此变体实施例在所述层压步骤中需要更大的精度。为了防止在所述部件的设计阶段期间所确定的尺寸的不期望的变化的风险，将用系统(例如，用空气(或其他流体)轴承)(其将能够使得在所述层压的过程中施加的负载均匀地和精确地分布)来提供所使用的压力。归因于所述压力的更大的复杂性的成本的增加另一方面被防止所述部件3c、3d在已经被关联到对应的主体10的各个电路支撑件4a上沉积的优势所平衡。根据已知的方式获得根据在此处所提供的本发明的非限制性实例的压力传感器的一般操作，并且因此在此处其将不被详细地描述。一般地说，在实际使用中，所述传感器可以被安装在用于检测流体(液体和气体的)的压力的设备中，例如用于汽车领域、或用于家庭和家用电器领域、或用于一般的环境和水电热电卫生调节领域、或用于医疗领域。这样的设备具有限定入口的壳体，其接收流体，所述流体的压力将被检测，所述传感器被安装在所述壳体中以便所述薄膜12的与所述电路4相对的面将经由所述腔11而被暴露于所述流体。由于被测量的流体的压力，所述薄膜12的机械变形在从所述电阻器电桥3b的输出处改变电阻的值，具有根据已知的方式而被处理的对应的信号。根据本发明的解决方案也可以被应用于其结构包括由电绝缘材料制成的支撑体的传感器的情况。这样的实施例在图9-13中被例示，其使用与图1-8的那些相同的参考标号来标示在技术上等同于上面已经被描述的元件的元件。因此，在图9和图10中由10标示的是用于支撑所述传感器的主体，优选地但非必要地是单片类型的，由电绝缘材料制成，诸如陶瓷材料、玻璃、具有一个或多个氧化物(诸如氧化铝或聚合物)的基底的材料。在下文中，将假设:第二实施例的主体10由陶瓷材料制成，例如帆土。在此实例中，所述主体10具有与第一实施例的所述主体10的形状大体上相似的形状。在此情况下，所述薄膜12的厚度可以指示性地包括在0.05mm和5mm之间，优选地包括在0.1mm和3mm之间。用于获得所述基本电路4的材料和/或步骤与先前关于图1-3而描述的材料和/或步骤相似。在获得所述基本电路4之后，其被层压在所述陶瓷主体10的顶面IOa上，如在图11和图12中所例示的。跟随所述半成品的对应的烘烤操作之后是例如经由丝网印的所述电阻器3c、3d (和/或其他电路部件)的所述沉积步骤，跟随其之后的可能是对应的干燥和烘烤步骤，直到获得在图13中示出的传感器。当然，在此情况下如下也是可能的:在所述层压步骤之前继续进行所述检测装置3c和所述可能的其他电路部件3d的沉积，如先前关于前面的实施例所提到的。所述第二实施例的优势基本上与所述第一实施例的那些相同。此外，由于如下事实，使用陶瓷支撑体10具有改善所述电路支撑件4a到所述主体10的所述面IOa的附着的效果:所述陶瓷材料具有与所述第一实施例的所述钢相比更显著的表面微孔性和/或呈现了所述带I的材料与所述主体10的材料的更好的兼容性，优选地使得能够获得所述对应的机械和/或化学结合，尤其是在所述层压步骤和/或所述烘烤或烧结步骤期间。在图14-18中(其使用与图1-8的那些相同的参考标号来标示在技术上等同于上面已经描述的元件的元件)，基于先前已经强调的相同的概念，本发明的第三实施例被表
/Jn ο在支撑体的形状方面，根据所述第三实施例的传感器实质上与先前两个实施例的那些传感器不同。如可以在图14和图15中看到的，在此情况下，由10'标示的支撑体大体上具有圆柱体的形状，即，被提供有贯穿轴向的腔IP。同样地，在此实施例中，在所述主体1(V的顶面IOa^上，如先前所描述的那样(图16)获得的基本电路4被层压，以便其中心区域在直接面向其的一端封闭所述腔11'。在所述基本电路4已经被层压在所述主体10'上(图17)之前或之后，存在所述部件3c、3d的沉积步骤，以获得如在图18中示出的传感器，并且这可能随后是对应的干燥和/或烘烤步骤。 针对所述第三实施例和/或针对所对应的材料，同样地将会考虑已经关于实施例的先前的实例而被描述的内容。因此，将被理解的是:在此实施例中，恰好该电路支撑件4a在其被提供有所述检测元件3c的中心区域中限定所述传感器的薄膜，所述薄膜在要被测量的流体的压力下经受弹性变形。这样型式的传感器可以有利地被用于低压力传感器；然而，高压力传感器不将被排除，尤其是使用更大厚度的带的情况下。为了此目的，所述带I和/或所述基本电路4可以具有如此的厚度以致直接经得起所述压力的应力，其可能指示性地具有包括在0.1mm和5mm之间的厚度，优选地包括在
0.2mm和2mm之间的厚度，并且在任何情况下如此以致能够在流体的压力下弯曲或经受弹性变形。除了先前已经提到的本发明的优势之外，此实施例由于如下事实允许生产成本的降低、更简单的处理以获得所述主体10'以及所述传感器的特征参数的更大的可重复性:所述薄膜全部具有相同的厚度和形状。例如，应被考虑的是:在具有陶瓷主体的压力传感器中，烘烤或烧结的对应的处理导致所述薄膜12的不同的厚度，随同作为结果的对各个支撑体的机械加工或研磨的需要，以获得所述薄膜的期望的厚度，连同相对高的成本；此外，此机械加工或研磨操作仅仅使得能够获得平面类型的薄膜，连同作为结果的设计限制。图19-26示出了本发明的第四实施例，根据该实施例，所述传感器的薄膜和对应的检测装置被集成在同一个部件中，诸如半导体材料的芯片或裸片。同样地，在此实施例中提供了支撑体，其可以无关紧要地由电绝缘材料或导电材料制成。在图19-26中所表示的实例中,所述主体(作为整体由10"标示)具有大体上与前两个实施例的主体10的形状相似的形状。另一方面，所述形状不是要点。重要的是:在此实施例中所述支撑体10"具有通道11"(其被设计用于提供压力孔)，其在所述主体自身的实质上平面IOa"上打开。在此实施例中，根据先前已经描`述的方式获得所述电路4，连同所述路径3a和所述端子3b的沉积(例如经由丝网印或喷射沉积)，跟随其之后的是所述干燥步骤。在此情况下，在所述带I (所述电路图案3已经被丝网印在其上(参见图2))的分割的步骤中，每个电路支撑件4a被提供有至少一个各自的开口或窗口 ；在图21中所表不的实例中,这样的窗口(由4b标示)处于所述电路支撑件4a的中心位置。显然地，可以通过在所述分割步骤中被执行的剪切或冲压来获得所述窗口。接下来，如在图22和图23中所例示的，利用先前已经描述的方式将所述电路4层压在所述主体10"的平面IOa"上，以致所述窗口 4b优选地但非必要地与所述通道11"同轴。所述窗口 11"的尺寸如此以致定界和留下所述面IOa"的暴露的区域，所述通道11"的顶端位于其中，如在图23中是清楚可见的。在所述烘烤步骤之后，裸片被安装在所述区域中，在图24中由15标示。所示出的实例考虑的是裸片的情况，即半导体材料(典型地是硅)的小块或芯片，具有可能的玻璃基底，其被小片结合到由所述主体10"的顶面IOa"构成的基底上。在所述裸片15和所述面IOa"之间的附着和密封，例如，经由在图26中仅由16标示的至少一层胶合材料而被执行。在一个实施例中，使用用于所述至少一层16的玻璃胶(尽管可以使用其他类型的粘合齐U，诸如环氧树脂)来致使所述裸片15关于所述面IOa"固定。优选地，在所述裸片15中以小型化的形式直接制成所述集成电路，其监管所述压力传感器的一般操作。如可以从图26看到的，在由半导体材料制成的所述主体中限定盲腔15'，其在所述裸片自身的底面上具有一端开口。所述腔15'的相对端被薄膜部分15"封闭，在其顶面上由所述裸片自身限定。在所示出的实例中，所述裸片15被配置为硅的单一芯片或块，其具有四边形的横截面，但所述实施例不将被理解为限制性的，对于所述裸片15来说如下是可能的:具有不同于所示出的裸片的形状并且由结合在一起的多个部分或层形成。可以利用在半导体芯片的生产领域中本身已知的技术获得所述裸片15。优选地，所述裸片15没有其自己的壳体或封装，并且因此没有对应的突出的连接端子(引脚或引线)，典型地由相对刚性的金属元件构成。直接在所述裸片15的顶面上附接触点，其中的一些在图24中由15a标示，以导电材料的薄膜的形式被沉积在所述裸片上。所述触点15a的材料优选地但非必要地具有一个或多个贵重材料的基底，诸如例如金；可以被用于此目的的优选的材料或合金可以包括金、钼、钯、铍、银，而且还包括铝、硅和铜。如可以从图24-26注意到的，所述裸片15在所述通道11"的所述开口处被安装在所述主体10"的所述面IOa"上，其中所述腔15'的开口端面向所述开口(参见图26)。在将所述裸片15胶合就位之后，随着对所述半成品的对应的烘烤，所述裸片自身被电连接到所述电路4。所述裸片15的所述触点15a到所述电路4的对应的路径3a的连接经由附加的柔性接触元件(由导电材料的细丝构成，尤其是具有包括在大约5μπι和ΙΟΟμπι之间的厚度或直径的柔性微丝，优选地从大约25 μ m到大约35 μ m)而被获得。所述丝线(其中的一些在图25和图26中由17标示)优选地但非必需地具有一个或多个贵金属的基底，如针对所述触点15a所 指出的。使用通常被称为“引线接合”类型(并且尤其是“楔焊”或另外“球焊”类型)的过程，例如经由热压、或超声波焊接、或热超声焊接，所述微丝17被焊接或在任何情况下被连接在所述触点15a和所述路径3a之间。因此，所述传感器如在图25和图26中所出现的。此实施例使得能够实现先前已经强调的相同的优势，关于简化被用于生产所述电路的一种或多种材料的沉积，并且不存在用于将所述电路支撑件4a固定到所述主体10"上的胶水或粘合剂。同样关于其他实施例，应被注意的是:根据本发明的解决方案防止了例如在使用所述传感器中或在其生产过程中，在高的温下胶水的劣化的风险(就没有胶水存在而言)。同样地，如下事实在所述传感器的高的操作温度的情况下是有利的:所述带2优选地是基于陶瓷的或基于氧化物的。此外，由于避免了所述两个部分之间的任何潜在的位移(其典型地代替胶合步骤或另外归因于材料在高的温度的膨胀或变形)的事实，所述电路支撑件的已经提到的尺寸稳定性和固定稳定性在包括经由引线接合而被连接到所述电路4的半导体小片的传感器的情况下是特别有利的。根据前面的描述，如其优势一样，本发明的特征清楚地显现。对于本领域技术人员而言，如下是清楚的:对所述传感器以及对此处所描述的方法的许多变化是可能的，由此而不背离如在所附的权利要求中限定的本发明的范围。如先前所阐释的，本发明也在除了压力传感器之外的传感器的情况下获得应用，并且通常在其结构包括支撑体(电路支撑件(在其上形成多个电路部件)被连接到其上)的那些传感器的情况下获得应用。该种类的传感器例如可以是负载传感器或测压元件，或用于检测气体或液体的除了压力之外的特征的传感器，诸如具有电极或电阻器的传感器(在其中所述电介质和/或所述电容或另外所述电阻随在接触中的流体而变化)、热线流量传感器(在其中电阻元件被加热，以便随后检测当被流体的流动影响时在所述元件自身中流通的电流的变化)、湿度传感器(具有电极/电容或电阻 ，其随所述湿度而变化)等等。
权利要求
1.一种用于生产多个传感器，尤其是压力传感器的方法，所述多个传感器中的每个传感器包括: -结构，其包括支撑体(10 ;10' ;10"); -电路装置(4)，其包括电路部件(3a、3b、3c、3d ;3a，3b，3c，3d，15)，在其中检测装置(3c，12;4a;15、15")用于生成表示要被检测的量的电信号；以及 -至少一个电路支撑件(4a)，其被连接到所述支撑体(10 ;10' ;10")并且具有表面，在所述表面上形成多个(3a、3b、3c、3d)所述电路部件(3a、3b、3c、3d ;3a、3b、3c、3d、15)，在其中导电路径(3a、3b)， 其中所述方法包括下列步骤: a)提供多个所述支撑体(10、10'、10"); b)提供由电绝缘材料(1)，尤其是介电材料制成的带； c)在一段所述带(I)上沉积为形成多个电路图案(3)所需的一种或多种材料，每个所述电路图案(3)包括多个(3a、3b、3c、3d)所述电路部件(3a、3b、3c、3d ;3a、3b、3c、3d、15)； d)使承载所述多个电路图案(3)的所述一段带(I)经受干燥； e )使所述一段带(I)经受分割，即，经受从该段自身去除其各个子部分，每个子部分包括各自的电路图案(3 )，每个子部分形成一个所述电路支撑件(4a);以及 f)经由层压将每个电路支撑 件(4a)固定在对应的支撑体(10;10' ;10")的第一面(IOa5IOai ;10a")上，尤其是经由热层压、或压缩，偕同随后的烘烤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤f)之后，存在设想的下述步骤: g)在被层压在所述对应的支撑体(10;10' ;10")上的每个电路支撑件(4a)上沉积为形成一个或多个另外的电路部件(3c、3d)所需的一种或多种材料，偕同可能的随后的干燥。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，步骤a)包括在所述支撑体(10)中在所述各自的第一面(IOa)处限定不可变形的外围部分和中心的可弹性变形的薄膜部分(12)，并且其中步骤f)包括将每个电路支撑件(4a)以各自的叠加到所述薄膜部分(12)的区域固定在所述对应的支撑体(10 ;10' ;10")的所述第一面上，所述区域包括所述电路部件(3a、3b、3c、3d ;3a、3b、3c、3d、15)中的一些。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，也包括:在由电绝缘材料(11)制成的所述带中形成多个贯通开口(4b)，每个贯通开口(4b)在各自的电路图案(3)处。
5.根据权利要求4所述的方法，其中 -步骤a)包括形成具有实质上平坦的所述各自的第一面(10a;10a' ;10a")以及被提供有通道(11,)的所述支撑体(10; 10' ;10")， -在步骤f)之后，或另外在步骤g)之后，在每个支撑体(10;10' ;10")的所述第一面(10a;10a' ;10a")上，在由所述对应的电路支撑件(4a)的所述贯通开口(4b)限定的区域处安装芯片或裸片(15)，在所述区域中所述各自的通道(11')开口。
6.根据前述权利要求中的任一个权利要求所述的方法，其中，经由丝网印或喷射沉积执行步骤c)和/或步骤g)。
7.根据前述权利要求中的任一个权利要求所述的方法，其中，步骤b)包括形成由电绝缘材料(I)制成的所述带 -所述带具有基于一种或多种氧化物和/或陶瓷成分的介电材料，尤其是从氧化铝、二氧化硅、氧化锌、硅酸锆、熔块或粉末状的玻璃之中选择所述一种或多种氧化物和/或陶瓷成分，和/或 -所述带具有包括在大约0.05mm和大约Imm之间的厚度，尤其是具有包括在大约.0.05mm和大约0.3mm之间的厚度。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，步骤a)包括形成具有各自的贯通腔(1Γ )的所述支撑体(10')，所述贯通腔(1Γ )具有开向所述第一面(IOa')上的一端，其中步骤f)包括将每个电路支撑件(4a)以各自的封闭所述贯通腔(11')的所述端的区域固定在所述对应的支撑体(10 ;10' ;10")的所述第一面(IOa')上。
9.根据权利要求5所述的方法，也包括经由引线接合，即经由由导电材料制成的细连接线(17)，将所述裸片(15)连接到所述各自的电路支撑件(4a)的导电路径(3a)，所述细连接线(17)尤其是具有包括在大约5 μ m和100 μ m之间、优选地从大约25 μ m到大约35 μ m的厚度或直径的柔性的微丝。
10.根据前述权利要求中的任一个权利要求所述的方法，其中，步骤a)包括用电绝缘材料形成所述支撑体(10 ;1(V ;10")，所述电绝缘材料诸如为陶瓷材料、玻璃、聚合物、基于一种或多种氧化物的材料，诸如氧化铝(AL2O3)15
11.根据权利要求1-9中的任一个权利要求所述的方法，其中，步骤a)包括用导电材料形成所述支撑体(10)，所述导电材料诸如为金属或导电聚合物。
12.一种通过根据前述权利要求1-11中的一个或多个权利要求所述的方法获得的传感器，尤其是压力传感器，具有: -结构，其包括支撑体(10 ;10' ;10"); -电路装置(4)，包括电路部件(3a、3b、3c、3d ;3a、3b、3c、3d、15)，在其中检测装置(3c、12 ；4a ;15、15")用于生成表示要被检测的量的电信号；以及 -至少一个电路支撑件(4a)，其被层压在所述支撑体(10 ;10' ;10")的第一面上并且具有表面，在所述表面上形成多个(3a、3b、3c、3d)所述电路部件(3a、3b、3c、3d ;3a、3b、3c、3(1、15)，在其中导电路径(3&、313)。
13.根据权利要求12所述的传感器，其中，所述要被检测的量是流体的压力并且所述检测装置(3(:、12;4&;15、15")包括薄膜(4a;12 ;15")，依据所述流体的压力，所述薄膜是可弹性变形的，并且其中: -由所述支撑体(10)在所述第一面(IOa)处限定所述薄膜(12)并且所述第一检测装置(3c)被形成在所述电路支撑件(4a)的被设置在所述薄膜(12)的顶部上的区域中，或者 -所述支撑体(1(V )具有贯通腔(1Γ )，所述贯通腔(1Γ )具有开向所述第一面(IOa')上的一端，并且在所述电路支撑件(4a)的在其处形成所述第一电路部件(3c)的部分中限定所述薄膜，所述部分面向所述贯通腔(1P )的所述端。
14.根据权利要求12所述的传感器，其中，所述检测装置被集成在具有半导体材料(15)、尤其是硅的基底的裸片中，并且所述支撑体(10")具有开口(11")，所述开口(11")具有开向在未由所述电路支撑件(4a)覆盖的对应的区域中的所述第一面(IOa")上的一端，在所述通道(11〃)的 所述端处，所述裸片(15)被安装在所述支撑体(10〃)的所述第一面(IOa")上，在由所述支撑电 路(4a)的贯通开口(4b)界定的区域内。
全文摘要
一种传感器，尤其是压力传感器，具有结构，其包括支撑体(10)；电路装置(4)，包括电路部件(3a、3b、3c、3d)，在其中检测装置(3c)用于生成表示要被检测的量的电信号；以及至少一个电路支撑件(4a)，其被连接到所述支撑体(10)并且具有表面，在所述表面上形成多个所述电路部件(3a、3b、3c、3d)，在其中导电路径(3a、3b)，其中所述电路支撑件(4a)被层压在所述支撑体(10)的所述第一面(10a)上。
文档编号G01L9/00GK103229033SQ201180044665
公开日2013年7月31日 申请日期2011年7月14日 优先权日2010年7月15日
发明者M.莫尼基诺 申请人:微型金属薄膜电阻器有限公司