传感器装置以及用于生产传感器装置的方法制造方法及图纸

描述了一种传感器装置(1)，该传感器装置(1)包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传感器装置以及用于生产传感器装置的方法
[0001]本专利技术涉及传感器装置，例如用于测量温度的传感器装置。此外，本专利技术涉及用于生产传感器装置例如用于测量温度的传感器装置的方法。
[0002]NTC(负温度系数)传感器设计中的温度表面灵敏度由于感测元件的位置约束主要在垂直位置处的位置约束而不能以最佳方式获得。这因下述事实而被加剧：为了满足高的耐电压性和防潮性能要求，需要加强的封装。
[0003]此外，由于可用的材料选择非常有限，因此实现高达200℃的高的操作温度具有挑战性。已知的传感器设计无法解决在小尺寸、成本综合设计和适用于大规模生产的封装解决方案方面的所有描述的挑战。
[0004]文献US 2018/122537 A描述了包括下述的温度传感器：载体基板、NTC元件、一对电极、以及金属块，该金属块电接触NTC元件并且在绝缘壳体的表面上形成外部电极。
[0005]文献WO 96/04536 A1描述了具有下述的温度传感器：由绝缘材料制成的壳体、导热元件、布置在导热元件的区域中和/或压靠导热元件的热敏传感器芯片、以及至少两个连接元件。提供了至少一个导电引脚。导电引脚的一端对传感器芯片施加靠着导热元件定向的压力，并且导电引脚的另一端支承在位于壳体内部的两个连接元件中的一个元件的端部上或者接触弹簧的单独固定部分的端部上。
[0006]文献US 2008/308886 A描述了包括下述的半导体传感器：具有导电结构的载体，该导电结构具有焊盘以及从树脂封装件突出的引线、导线。
[0007]文献US 2017/352603 A描述了具有陶瓷载体的传感器芯片封装件、具有焊盘和引线的导电结构以及树脂封装件。
[0008]文献KR 2005/0112719 A描述了焊接至弯曲引线框架的芯片热敏电阻的装置。
[0009]文献US 2018/0306646 AA描述了包括下述的传感器装置：具有至少一个电极和定形状为金属支架的至少一个接触元件的传感器芯片。接触元件被布置和配置用于传感器芯片的无线接触。
[0010]本公开内容的目的是解决上述问题。该目的通过根据独立权利要求的传感器装置和方法来解决。
[0011]根据本公开内容的第一方面，提供了一种传感器装置。该传感器装置可以适于测量温度。该传感器装置可以为温度传感器装置。该传感器装置可以适于在高达200℃的高温下操作。
[0012]该传感器装置包括基板。基板可以为陶瓷基的。换言之，基板可以包括陶瓷材料。基板可以是在电绝缘和防潮性能方面优异并且具有高的导热性的高性能陶瓷基板。该基板还可以适于并被布置成机械地稳定该传感器装置的另外的部件并且使所述另外的部件电绝缘。
[0013]例如，陶瓷材料可以包括Al2O3。通常使用具有公知特性即高的导热性、高的电绝缘、低的热膨胀的Al2O3(氧化铝)陶瓷。然而，也可以用氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷两者的替选材料。硅酸盐陶瓷或者甚至较高机械强度的ZTA(氧化锆增韧氧化铝)都是氧化物陶瓷的示例。可替选地，可以使用非氧化物陶瓷诸如AlN(氮化铝)陶瓷或Si3N4(氮化硅)陶瓷。
[0014]传感器装置还包括至少一个传感器芯片。传感器芯片可以为NTC传感器芯片。可替选地，传感器芯片可以为PTC(正温度系数)传感器芯片。传感器装置可以包括多于一个的传感器芯片。例如，传感器装置可以包括NTC传感器芯片与PTC传感器芯片的组合。
[0015]传感器芯片特别地是布置在该传感器芯片的表面(例如下表面)上的电极，在水平位置直接连接至基板。“水平”意味着传感器芯片的具有最大延伸的表面连接至基板。这增加了传感器芯片的表面灵敏度。虽然传感器芯片3是直接接合的，但是由于陶瓷基板的优异的电绝缘和防潮性能，传感器芯片3仍是完全隔离的。
[0016]传感器芯片借助于接合材料连接至基板。换言之，传感器芯片接合至基板，特别地接合至该基板的金属化焊盘。接合材料可以为具有大于200℃的操作温度高熔点焊料。接合材料可以为含铅的或无铅的。例如，合适的材料可以为Pb
97.5
SnAg
1.5
、SnAg
0.3
Cu
0.7
或Sn
90
Sb
10
。
[0017]传感器装置还包括第一接触元件和第二接触元件。例如，接触元件包括铜、黄铜或磷青铜。接触元件适于并被布置成用作传感器装置的外部电极。这意味着接触元件使得能够从传感器装置的外侧电连接该传感器装置。
[0018]接触元件电且机械地连接至基板，特别地连接至该基板的金属化焊盘。接触元件借助于前述的接合材料连接至基板。
[0019]第一接触元件还包括接触构件。第一接触元件和接触构件可以一体地形成。接触构件适于并被布置成借助于接合材料电接触传感器芯片。换言之，接触构件借助于前述的接合材料接合至传感器芯片，特别地接合至布置在该传感器芯片的表面(例如上表面)上的电极。
[0020]传感器装置还包括绝缘体。该绝缘体被设计成使传感器装置电绝缘并且保护传感器装置免受环境影响。绝缘体完全封围传感器芯片。绝缘体封围接触元件的至少一些部分。例如，绝缘体完全覆盖接触构件。然而，基板大部分没有绝缘体的材料。
[0021]由于传感器装置的特定的设计和组成，传感器装置针对优异的表面灵敏度提供了高性能的热耦合。换言之，传感器装置是快速响应传感器。此外，传感器装置包括高的耐电压性并且能够在高达200℃的温度下操作。此外，传感器装置包括紧凑且小的尺寸并且适用于大规模生产。总而言之，提供了在使用中非常灵活的非常稳健、快速且成本有效的传感器装置。
[0022]根据一个实施方式，绝缘体的材料适于并被布置成增加传感器装置的电阻和防潮性能。所述体的绝缘材料包括具有接近200℃的玻璃化转变温度的热固性环氧材料。
[0023]陶瓷基板与绝缘材料之间的组合满足高的耐电压性、防潮性能和高的操作温度(高达200℃)的要求。此外，该组合针对紧凑且小的传感器装置提供了特定设计。另外，利用特定选择的材料和公知的生产过程，传感器装置是非常成本有效的。选择实现符合ROHS、无铅且无卤素要求的绿色产品的材料。
[0024]绝缘体的材料直接布置在基板的上表面上。特别地，绝缘体的材料覆盖与传感器芯片和接触元件连接的基板的表面即该基板的上表面的至少一些部分。
[0025]传感器芯片与基板之间的连接以及接触元件与基板之间的连接被绝缘体的材料封装。基板的侧表面和下表面没有绝缘体的材料。基板的该自由区域用作传感器装置的感测部分。此外，同样，基板的上表面的圆周边缘区域也可以没有绝缘体的材料。
[0026]根据一个实施方式，相应的接触元件是U形的。特别地，接触元件包括U形支架或弹
簧构件。换言之，相应的接触元件可以包括通过杆或桥连接的两个腿部。腿部和杆一体地形成。这意味着第一腿部并入到杆中，并且该杆并入到相应接触元件的第二腿部中。换言之，腿部和杆可以一件地制成。
[0027]接触元件的特定形状在接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于温度测量的传感器装置(1)，包括：
‑
陶瓷基基板(2)；
‑
至少一个传感器芯片(3)，所述至少一个传感器芯片(3)在水平位置借助于接合材料(5)直接连接至所述基板(2)；
‑
至少一个第一接触元件(8a)和至少一个第二接触元件(8b)，所述至少一个第一接触元件(8a)和所述至少一个第二接触元件(8b)适于并被布置成用作所述传感器装置(1)的外部电极(6)，其中，所述第一接触元件(8a)包括接触构件(11)，所述接触构件(11)适于并被布置成借助于所述接合材料(5)电接触所述传感器芯片(3)；以及
‑
绝缘体(7)，所述绝缘体(7)封围所述接触元件(8a，8b)的至少一些部分和所述传感器芯片(3)，其中，所述基板(2)大部分没有所述绝缘体(7)的材料。2.根据权利要求1所述的传感器装置(1)，其中，所述绝缘体(7)的材料适于并被布置成增加所述传感器装置(1)的电阻和防潮性能，并且其中，所述绝缘体(7)的材料直接布置在所述基板(2)的上表面(2a)的至少一些部分上，其中，所述基板(2)的侧表面(2b)和下表面(2c)没有所述绝缘体(7)的材料。3.根据权利要求1或权利要求2所述的传感器装置(1)，其中，所述绝缘体(7)的材料包括具有接近200℃的玻璃化转变温度的热固性环氧材料。4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其中，各个接触元件(8a，8b)包括U形弹簧构件。5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其中，所述各个接触元件(8a，8b)包括第一接触区域(12)，所述第一接触区域(12)没有所述体(7)的绝缘材料，其中，所述第一接触区域(12)用作所述传感器装置(1)的外部电极(6)。6.根据权利要求4和权利要求5所述的传感器装置(1)，其中，所述第一接触区域(12)由相应的U形弹簧构件的两个腿部中的一个腿部来形成。7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其中，所述各个接触元件(8a，8b)包括第二接触区域(13)，所述第二接触区域(13)完全布置在所述绝缘体(7)内，其中，所述第二接触区域(13)接合至所述基板(2)的金属化焊盘(4)，以建立所述接触元件(8a，8b)与所述基板(2)之间的电接触。8.根据权利要求7和权利要求4所述的传感器装置(1)，其中，所述第二接触区域(13)由所述相应的U形弹簧构件的两个腿部中的另一腿部来形成。9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，其中，所述接触构件(11)被设计成减小所述第一接触元件(8a)与所述传感器芯片(3)之间的机械应力。10.根据权利要求7至9中任一项所述的传感器装置(1)，其中，所述接触构件(11)包括布置在所述第一接触元件(8a)的所述第二接触区域(13)的自...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚伯拉罕，
申请(专利权)人：TDK电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：