用于在烧结设备中检测过程参数的传感器元件和装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于在烧结设备中的测量点处检测过程参数的传感器元件。此外，本发明涉及一种用于将用于在多个测量点处检测过程参数的多个传感器元件组合的装置。


背景技术：

2.在此，本发明可以在如下设备中使用，在产生用于连接(未封装的)半导体芯片(在英语中也称为“(bare)dies((裸)管芯)”)的烧结连接时使用这些设备。在此，原则上，本发明可以在常见的利用烧结压机的接合过程中使用，例如将冷却体压接到基板上。这里，作为示例，要提到银烧结，作为电力电子设备中的传统的焊接工艺的替换的连接技术，越来越多地使用银烧结。为此，烧结设备具有工具、例如冲模，其被构造为用于施加压力并且施加温度，由此在两个接合对方之间产生烧结连接。迄今为止，仅能够费力地单独检测并且随后检查各个过程参数、例如温度或者力或者环境参数。当仅不准确地定义或者必须复杂地通过多个测量序列来检测例如温度和力之间的空间关系时，非常难以进行测量值与测量点以及与不同的参量彼此之间的相关。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是能够容易地同时检测烧结过程、特别是接合烧结过程的多个过程参数的组合。
4.上述技术问题通过如下传感器元件来解决，该传感器元件被构造为用于在烧结设备中的测量点处检测过程参数。为此，传感器元件至少具有第一温度传感器和力传感器，其中，这两个传感器被布置为使得在布置有传感器元件的测量点处检测力和温度。由于两个传感器的位置接近，因此能够以彼此直接相关、对于稍后的评估有说服力并且不需要采用模型的方式来检测过程参数。此外，可以提供特别紧凑的传感器元件。
5.在另一个实施方式中，传感器元件具有第二温度传感器。在此，第二温度传感器相对于第一温度传感器布置在传感器元件的相对的一侧。特别有利的是，两个温度传感器之一布置在传感器元件的上侧，另一个布置在传感器元件的下侧，其中，传感器元件的上侧是面向烧结冲模的一侧，并且下侧是直接或通过基体单元布置在烧结设备的底面上的一侧。因此，可以直接检测并且评估可能存在于底面的加热板的温度和烧结冲模的温度。换言之，可以检测传感器元件的上侧和下侧的温度。
6.在另一个实施方式中，传感器元件具有距离补偿元件，距离补偿元件被构造为补偿温度传感器中的至少一个与要测量的表面之间的高度差。在此，要测量的表面例如可以是处于关闭状态的烧结设或烧结压机备的冲模(stempel)。如果冲模或支撑表面未理想地取向，则这里可能存在高度差异。例如，当一个传感器元件完全接触，而另一个传感器元件在没有距离补偿元件的情况下没有接触时，由此可以通过距离补偿元件来产生接触。在此，距离补偿元件例如可以被构造为在压力下可以变形的弹性元件或弹性缓冲元件。这里有利
的是，即使不能确保所涉及的部件的理想的取向，也能够特别均匀地测量温度。这里，优选可以补偿直至几百微米(μm)的高度差。
7.在另一个实施方式中，力传感器布置在第一温度传感器和第二温度传感器之间。这具有以下优点，即，力传感器不直接与热的表面接触，因为首先温度传感器布置在那里，并且还可以检测直接作用在两个温度测量点上的力。这使得能够特别准确地检测温度和力之间的关系。
8.在另一个实施方式中，传感器元件具有位移传感器，位移传感器被构造为使得可以检测要测量的表面对传感器元件的接近。特别关注的是，烧结设备的烧结冲模接近传感器元件，由此可以将位移走向与力走向和温度走向相关。在此，位移传感器可以有利地被构造为容性的位移传感器，其由于高的鲁棒性和分辨率而非常适合。此外，当冲模已经与传感器元件接触时，如果设置了这种情况，那么可以检测到传感器元件的压缩。
9.在另一个实施方式中，传感器元件具有氧传感器。氧传感器用于检测大气条件，并且例如可以指示烧结过程期间由气流引起的大气波动。
10.在另一个实施方式中，传感器元件具有信号接口。为了尽可能小地影响模拟信号的信号质量，可以想到在元件侧固定地接线的解决方案。在检测模块一侧，可以想到可松开的连接。在此，信号接口特别是用于与检测模块进行通信，但是也可以被构造为用于与评估计算机直接通信。在此，检测模块被构造为用于从传感器元件检测测量数据，并且可以连接到传感器元件，以进行数字或模拟通信。
11.此外，上述技术问题通过被构造为用于在烧结设备中的测量点处检测过程参数的装置来解决。为此，所述装置具有多个传感器元件，传感器元件可以布置在多个测量点处。此外，所述装置具有检测模块，检测模块被构造为用于在布置有传感器元件的测量点处检测过程参数。通过将多个传感器元件组合，可以确定平面上的温度和力以及必要时其它参量的分布。这使得能够实现更准确的校准、更高质量的运行以及烧结设备运行时的错误的消除。
12.在另一个实施方式中，检测模块被构造为用于评估传感器元件的信号。在此，检测模块例如可以被构造为用于评估来自传感器元件的模拟测量信号。为此，可以设置用于电容式位移传感器和/或力传感器的评估电子设备。然后，可以借助ad转换器作为数字测量值来提供模拟测量信号。
13.在另一个实施方式中，传感器元件中的至少一部分被构造为彼此不同。也就是说，可以使用不同类型的传感器元件，其中，例如在不太关键的位置，仅为传感器元件配备温度传感器和力传感器，而其它位置又具有力传感器、温度传感器、位移传感器以及必要时其它传感器的完全的选择。可以想到，在机械上不关键、但是在热上关键的位置，仅使用仅具有温度传感器、而没有力传感器的简单的传感器元件。特别有利的是，利用所述装置，可以将传感器元件灵活地彼此组合，而不管它们的形式如何。
14.在另一个实施方式中，所述装置具有用于容纳传感器元件的基体单元。在此，可能特别有利的是，基体单元不仅被构造为用于容纳、而且被构造为用于固定传感器元件。这里，可以使用插接系统，可以将传感器元件布置在其中，并且通过插入来布置。
15.在另一个实施方式中，所述装置具有基体单元，基体单元用于传感器元件的电接触。可以想到，在基体单元中设置电触点，其代替传感器元件的接线。特别有利的是，如上面
所述，在容纳部中设置电接触。
16.在另一个实施方式中，所述装置具有能量供应设备。这可以以电池的形式来设置。替换地，也可以想到尽可能不影响测量过程的感应的或者其它方式的能量供应。电池解决方案具有以下优点，即，所述装置于是特别是可以以自给自足的方式做出反应。在此，能量供应设备的尺寸也可以被设计为如此小，使得能量供应足以为一个测量周期(即烧结设备的一个周期)提供能量。这里，例如可以使用特别鲁棒的电容器解决方案。换言之，能量供应设备可以被构造为在至少一次通过(durchlauf)内为传感器元件供电。
17.所述装置也可以具有加速度传感器。在此，加速度传感器被构造为用于检测所述装置的加速度，因此也检测传感器元件在通过(durchlauf)烧结过程时的加速度。由此使得能够确定作用在所述装置上的高的加速度或振动，这可能导致要处理的组件损坏。替换地，也可以确定仍然可以优化的低的加速度，以使得能够在时间上最佳地通过生产过程。
18.在另一个实施方式中，所述装置具有通信接口。通信接口可以是有线的，例如是usb接口，但也可以是无线接口，其使得可以直接从过程向外部访问所述装置的数据。这具有以下优点，即，在过程通过期间，已经可以对所获得的测量数据进行直接和立即的评估，因此也可以在过程通过期间在设备上进行优化。
附图说明
19.下面，借助在附图中示出的实施例来详细描述和说明本发明。
20.图1示出了传感器元件的实施方式，
21.图2示出了装置，以及
22.图3示出了装置的俯视图。
具体实施方式
23.图1示意性地示出了扩展的结构分级中的传感器元件11。传感器元件11具有上侧11h和下侧11l，并且在这种情况下被构造为圆柱形的。设置第一温度传感器t1用于检测下侧11l上的温度。此外，设置第二温度传感器t2用于检测上侧11h上的温度，在这种情况下，第二温度传感器t2具有距离补偿元件xt2，其可以补偿相对于上侧的较小的距离。此外，传感器元件11具有位移传感器z1，其被构造为用于检测可能超出传感器元件11的尺寸的位移z。为此，位移传感器z1具有杆状的测量头，该测量头可以检测从要测量的表面到传感器元件的距离。替换地或附加地，位移传感器也可以被构造为是容性的。要测量的距离z通常为烧结机的烧结冲模到传感元件11或传感元件11的上侧11h的距离。传感器元件11还具有力传感器f1，其布置在两个温度传感器t1、t2之间。此外，传感器元件11具有信号接口com11，其可以被构造为用于将测量信号输出到检测模块。在此，信号接口com11可以被构造为有线连接，并且被构造为用于与评估设备进行模拟通信。
24.图2示出了装置100、检测模块150和五个传感器元件11、...、15。在此，传感器元件11、...、15布置在基体单元120上。基体单元120可以被设计为使得可以插入传感器元件11、...、15，并且传感器元件11、...、15可以在上部和下部从基体单元120突出，以便使得传感器元件11、...、15能够与烧结设备的工艺腔直接接触。在此，传感器元件11、...、15可以自由地布置并且可以匹配于烧结设备的尺寸。可以添加或省去各个传感器元件11、...、15。
可以仅与所述装置一起使用一个传感器元件11、...、15。这里，基体单元120和检测模块150被设计为是两部分的，但是也可以设计为一体的。基体单元120尤其是可以具有一定数量的固定地安装的传感器元件11、...、15，这些传感器元件还可以由另外的传感器元件11、...、15来补充。传感器元件11、...、15利用测量线路连接到检测模块150。
25.图3示出了图2中的装置100的俯视图。在此可以看到，检测模块150具有加速度传感器a1、通信模块com100以及能量供应设备ev。通信模块com100和能量供应设备ev在检测模块150中的布置已经被证明是适宜的，因为因此能够实现高集成密度。在此，替换布置也是可能的。此外，可以看到，传感器元件11、...、15通过数据线路10与检测模块150直接连接。在此，这些数据线路10可以嵌入基体单元120中，或者可以灵活地设计为外部线路。在此，传感器元件11、...、15的分布如下：传感器元件11布置在测量点m1处，传感器元件12布置在测量点m2处，
……
并且传感器元件15布置在测量点m5处。在此，传感器元件在测量点m1、...、m5处的布置可以自由地选择，并且可以由基体单元120来支持。然而，测量点的布置取决于要测量的烧结系统。此外，测量点的布置取决于要测量其参数的产品布局。已经证明将测量点特别是布置在需要准确地评估过程参数的位置是有利的。特别是在在烧结机中预期半导体的位置是这种情况。
26.总之，本发明涉及一种传感器元件(11、...、15)，用于在烧结设备中的测量点(m1、...、m5)处检测过程参数。此外，本发明涉及一种用于将用于在多个测量点(m1、...、m5)处检测过程参数的多个传感器元件(11、...、15)的组合的装置(100)。为了能够容易地同时检测烧结过程、特别是接合烧结过程的多个过程参数的组合，提出了一种用于在烧结机/烧结设备中的测量点(m1、...、m5)处检测过程参数的传感器元件(11、...、15)。为此，传感器元件(11、...、15)具有第一温度传感器(t1)和力传感器(f1)，它们被布置为使得在布置有传感器元件的测量点(m1、...、m5)处检测力和温度。此外，本发明涉及一种用于在烧结设备中的测量点(m1、...、m5)处检测过程参数的装置(100)，其具有多个根据本发明的传感器元件(11、...、15)和检测模块(150)，检测模块被构造为用于在布置有传感器元件(11、...、15)的测量点(m1、...、m5)处检测过程参数。