(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサーケーシング（１２）と、空間（４６）内に収容されたセンサ素子（１８）と、他の空間（４８）内に収容された電子素子（１６）とを有し、前記電子素子（１６）とセンサ素子（１８）とが少なくとも１つの電気的な接続路（２０，２２，２４）を介して相互に接続されている、センサ（１０）であって、
前記空間（４６）と前記他の空間（４８）との間に、媒体に対する密閉性を備えた密閉性部分が設けられており、
少なくとも１つの電気的な接続路（２０，２２，２４）のボンディングワイヤ（２６）のための２つのボンディング部位（３２，３４）の間に、媒体に対する密閉性を備えた密閉性部分を構成する接着剤（２８）が配置されており、
前記２つのボンディング部位（３２，３４）は、導体路（２０）として用いられる金属化部（２２）の相対向する端部に設けられている、
センサ（１０）において、
前記導体路（２０）として用いられる金属化部（２２）およびブリッジ部（５６）の近傍において基板（１４）内に自由空間（３６，３８）が形成され、前記接着剤（２８）が前記導体路（２０）として用いられる金属化部（２２）上に配置され、かつ、前記自由空間（３６，３８）が前記接着剤（２８）の材料によって充填されているように、少なくとも１つの前記導体路（２０）として用いられる金属化部（２２）が、基板（１４）の材料から形成されたブリッジ部（５６）の間で、基板（１４）の凹所に設けられている、
ことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記電気的な接続路（２０，２２，２４）は、ＭＩＤ技法で実施される少なくとも１つの金属化部（２２）を含んでおり、前記金属化部（２２）はセンサーケーシング（１２）の基板（１４）内へ挿入されている、請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記金属化部（２２）は、Ａｕ層を含み、及び／又は、下層にニッケル層を有する、請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
前記電気的な接続路（２０，２２，２４）は、センサーケーシング（１２）の基板（１４）内へのホットスタンピング、オーバーモールド又はインサート成形を介して形成された導体路（２０）、又は、基板（１４）のプラスチック材料からの射出成形を介して形成された導体路（２０）を含んでいる、請求項１記載のセンサ。
【請求項５】
少なくとも１つの金属化部（２２）がブリッジ部分（５６）の間の基板（１４）内へ埋込まれている、請求項２記載のセンサ。
【請求項６】
前記基板（１４）の媒体負荷側（４０）にジェル（４２）が被着されており、前記ジェル（４２）は電気的な接続路（２０，２２，２４）を少なくとも部分的に覆っている、請求項１記載のセンサ。
【請求項７】
前記ジェル（４２）は、ボンディング部位（３２，３４）と少なくとも１つのボンディングワイヤ（２６）とを少なくとも部分的に覆っている、請求項６記載のセンサ。
【請求項８】
空間（４６）内に収容されたセンサ素子（１８）と、他の空間（４８）内に収容された電子素子（１６）とを含んだセンサーケーシング（１２）を有し、前記電子素子（１６）とセンサ素子（１８）とが少なくとも１つの電気的な接続路（２０，２２，２４）を介して相互に接続されているセンサ（１０）を製造するための方法において、
ａ）センサーケーシング（１２）の基板（１４）の１つの平面側（６０）において、前記基板（１４）の材料から形成されたブリッジ部（５６）の間に、導体路（２０）として用いられる金属化部（２２）を配置するステップと、なお、前記導体路（２０）として用いられる金属化部（２２）および前記ブリッジ部（５６）の近傍において基板（１４）内に自由空間（３６，３８）が形成され、
ｂ）前記導体路（２０）として用いられる前記金属化部（２２）の相対向する端部（５２，５４）において、ボンディングワイヤ（２６）のための複数のボンディング部位（３２，３４）を形成するステップと、
ｃ）前記複数のボンディング部位（３２，３４）の間に、前記導体路（２０）として用いられる金属化部（２２）上に接着剤（２８）を被着させるステップと、
ｄ）前記センサーケーシング（１２）の前記２つの空間（４６，４８）の間に、前記自由空間（３６，３８）内への接着剤（２８）の流し込みによって媒体に対する密閉性を備える密閉性部分を形成するステップと
を有していることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記ステップａ）による金属化部（２２）をＭＩＤ技法によって形成し、前記接着剤（２８）へカバー要素（４４）のシールストラット（５０）を埋め込む際に、基板（１４）とカバー要素（４４）の間に媒体に対する密閉性を備えた接続部分（６２）を形成する、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーケーシングを備えたセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
独国特許出願公開第１０２  ２３  ３５７号明細書は圧力測定装置に関するものである。この圧力測定装置は、１つのケーシングを含んでおり、このケーシング内には、センサ素子と電気的な接続素子とを備えた支持体が設けられている。このケーシングは、センサ素子を取り囲み、第１の圧力接続部の第１の圧力チャネルと接続する第１のケーシングチャンバーと、該第１のケーシングチャンバーに対して密閉され少なくとも電気的な接続素子を取り囲む第２のケーシングチャンバーとを有している。またこのケーシングは、第１のケーシングチャンバーと第２のケーシングチャンバーに対して密閉された第３のケーシングチャンバーも有しており、この第３のケーシングチャンバーは第２の圧力接続部の第２の圧力チャネルと接続している。
【０００３】
圧力センサに対する現下の開発のもとでは、ＣｉＨ"chip-in-Housing（チップインハウジング）"とも称される構造方式が追求されている。この構造方式によれば、プラスチックからなるセンサハウジングに直接センサチップが接着されている。２つのチップ、例えば１つのセンサ素子と、これとは別個に分離された電子モジュール、例えばＡＳＩＣとを取り付ける場合には、これらのセンサ素子とＡＳＩＣなどの電子モジュールとの間で多数の電気的な接続を形成しなければならない必要性が生じる。例えばこれらの電子素子が晒される媒体の負荷を低減し、理想的には完全に回避するために、当該の電子素子とセンサ素子とを別個の空間に配置する構造形式が試みられている。前記２つの空間の間の分離においては、例えば排気ガスや湿気、その他の媒体等に対する密閉性が確保されていなければならない。現行の解決手段によれば、圧力センサのケーシング内に射出成形されたリードフレームが用いられており、このリードフレームが両側で接着、特にボンディングされている。この技法では、例えば湿気の侵入を回避するために、リードフレームの密接な射出成形が前提となっている。しかしながら封止部分の所要の媒体密閉性は通常では生じない。さらにリードフレームの金若しくは金メッキ表面へアクセスするボンディングプロセスに基づいているために、腐食の発生には有利である。さらに今日の解決手段によれば、さらなる保護として、センサ素子の収容されている空間をジェルで充填することが行われている。
【０００４】
低圧領域用に用いられる、直列に設けられる現下の複数のセンサ、特に圧力センサにおいては、ＡＳＩＣのような電子モジュールとセンサ素子とが同じ１つのケーシング領域か又は同じ１つの空間内に設けられている。また、センサ素子とＡＳＩＣのような電子モジュールとを、同じ１つのシリコンチップに形成することも一般に行われている。センサ、特に圧力センサの新世代に対する実質的な要求は、先代のセンサよりも高い排ガス耐性を備えることである。これに関してセンサ素子の排ガス耐性の方が、例えばＡＳＩＣのような電子モジュールの排ガス耐性よりも容易に保証できることはわかっている。しかしながらこのことは、変更管理が必要とされる他に、可変のＡＳＩＣ態様を伴う顧客特有のセンサ素子の特性におけるフレキシブルな編成に起因して、特にＡＳＩＣのような電子素子と、センサとを互いに分離させることの理由となる。
【０００５】
その場合のセンサ素子は、媒体、特に排気ガスに晒される空間内に存在し、それに対してＡＳＩＣのような電子素子は、そのような空間から分離された、媒体流に晒されることのない空間内に存在する。
【０００６】
低圧用センサに対しては２つのシリコンチップが用いられる。この２つのチップの一方はセンサ素子として用いられ、それに対してもう一方は電子素子、例えばＡＳＩＣとして用いられる。
【０００７】
このような新世代の圧力センサの開発に対して求められる実質的な要求は、旧世代の圧力センサよりも高い排ガス耐性を備えることである。一般に、センサ素子の排ガス耐性を保証することは、ＡＳＩＣのような電子素子の排ガス耐性を保証することに比べて簡単であるが、このことは、所要の変更管理の他に、可変のＡＳＩＣ態様からなる顧客特有のセンサ素子の特徴を考慮する上で、センサ素子と電子素子、例えばＡＳＩＣとを相互に分離させることの原因となる。
【０００８】
発明の開示
本発明によって提案された解決手段によれば、特にプラスチックからなるセンサーケーシングの基板に、電子素子、例えばＡＳＩＣ又はセンサ素子が被着されている。この電子素子並びにセンサ素子は、有利には媒体に晒される、基板上の平面に接着される。センサ素子と該センサ素子から離間されて配置された電子素子、例えばＡＳＩＣとの間のほぼ中央に、電気的な接続路、例えば導体路が配設される。この導体路を用いた電気的な接続は有利にはＭＩＤ（Molded Interconnect Devices）技法で実施される。これは、基板層、例えば下地ニッケル層を覆う金層を含む金属化技法の１つとして挙げられる。このＭＩＤ技法を用いて生成された金属化部は有利にはセンサーケーシングの基板平面内の凹部に設けられている。このＭＩＤ技法では、立体的に成形される射出成形による回路支持体上に構造化された金属化層の形態の導体路形成部が被着される。ＭＩＤ技法の枠内では、構成部材中に機械的機能部と電気的機能部が統合されており、詳細にはケーシング機能と回路支持体機能とが組み合わされ、さらに機械的接続要素と固定要素とスナップ嵌めとが統合されている。このことは投入される材料や個々の部材の数の著しい低減につながる。さらに様々な構成要素に対する取り付けコストの著しい削減と一連のプロセスの短縮も達成される。
【０００９】
個別の帯状の金属化部のための個々の凹部は基板のプラスチック材料からなるブリッジ部分によって相互に分離されている。ここでの金属化部は、基板平面に関連してプラスチック材料のホットスタンピング、オーバーモールド成形又はインサート成形によって凹部内に設けられる。
【００１０】
有利には導体路として用いられる金属化部が凹部内で基板上面に関連して被着され、それによって当該凹部が有利にはＭＩＤ技法において特徴的な金属化部の幅の帯状部を超える幅を有し得る。
【００１１】
センサ素子と、導体路として機能する金属化部との間には、ボンディングワイヤを含むボンディング接続路が形成される。ここではセンサ素子上にボンディング部位が存在し、導体路として用いられる金属化部の端部にもさらなるボンディング部位が存在する。導体路として用いられる金属化部のそれぞれ別の端部はさらなるボンディング部位を有し、そこからはさらなるボンディングワイヤが例えばＡＳＩＣなどの電子素子まで延在する。導体路として機能する金属化部の２つの相対向する端部における２つのボンディング部位の間には十分な間隔が存在し、それによってここでは確実なプロセスのための接着材料、有利には接着ビードとして構成された接着材料が配置可能となり、それらは、導体路として用いられる金属化部の端部に存在するボンディング部位には接触しない。前記接着ビードの形態の接着材料は、導体路として用いられる金属化部の端部と、電子素子又はセンサ素子までのボンディングワイヤとの間のボンディング接続が形成される前に形成されてもよいし、後に形成されてもよい。
【００１２】
有利には接着ビードの形態で、導体路として用いられる金属化部に被着される接着材料は、２つのボンディング部位の間でそれらが接触しないように配置される。このことは、ボンディング部位に対する機械的な負荷の軽減となり、その結果として電気的な接続部位の堅固な構造をもたらすことにつながる。
【００１３】
本発明で提案されている解決手段は次のようなことも考慮に入れている。すなわち、導体路として用いられる金属化部と、プラスチック材料から成形された基板との間の接続形態が劣化した場合、媒体の挿入に伴って一方の側のセンサ素子と他方の側の電子素子（例えばＡＳＩＣ）との間で密閉性がもはや保証されなくなることを考慮に入れている。このような考慮とは、導体路として用いられる金属化部が基板の凹部内でやや高めに被着されることであり、それによって接着材料、例えば導体路として用いられる金属化部の端部の間に接着ビードとして被着された接着材料が側方を封止し、それぞれ導体路として用いられる金属化部と基板材料との間の側方密閉性が得られる。導体路として用いられる金属化部の端部並びにボンディングワイヤ自体の端部におけるボンディング部位の付加的密閉性に対しては、有利にはプラスチック材料で形成された基板の媒体当接側にジェルが被着される。このジェルは個々のボンディングワイヤとボンディング部位を覆うものである。
有利には接着ビードの形態で、導体路として用いられる金属化部に被着される接着材料は、媒体に対する密封性をもたらし、さらに基板とカバープレートが相互に接合される場合の密閉性ももたらす。そのためカバー要素と基板の接合の際に形成されるセンサ素子の収容空間からＡＳＩＣのような電子素子の収容空間までの間で媒体が流れるような不都合は阻止される。接着ビードの形態の接着材料の融通性は、取り付けの際の誤差の加減を特に有利な形態で補償する。
【００１４】
有利には、基板に被せられるカバー要素の下方側にシールストラットが設けられ、このシールストラットが有利には接着ビードとして形成される堆積状の接着材料内に埋込まれ、最終的にセンサ素子の収容空間と電子素子（ＡＳＩＣ）の収容空間との間で媒体に対する密封性が形成される。カバー要素の取付けの際には前記シールストラットは当該カバー要素の下方側においてまだ塑性変形可能な接着材料内に埋込まれて成形され、特に導体路として用いられる金属化部と基板材料のブリッジ部分との間の自由空間内に押し込まれ、それによって媒体に対する密封性が形成される。このカバー要素下側のシールストラットの寸法は、有利には次のように選定される。すなわちこれが接着ビード内に埋込まれる限り、接着ビードの接着材料の十分な変形性とセンサーケーシング内の２つの空間の間の密閉性とが達成されるように選定される。
【００１５】
本発明によって提案される解決手段によれば、センサ素子と電子素子（例えばＡＳＩＣ）との間の電気的な接続が簡単となり、長さも特に短くすることができるようになる。このような簡単でかつ短い電気的な接続形成は、電磁的な両立性に関する利点をもたらし、さらに所要スペースとコストに関する利点をもたらす。さらに本発明による解決手段によれば、電子素子とセンサ素子の間の媒体に対する密閉性を伴った接続形成が最終的にセンサ全体の高い排ガス耐性を達成させる。さらに有利には、導体路として用いられる金属化部に導かれる少なくとも２つのボンディング接続による機械的に堅固な構成が得られる。特に接着ビードを介した封止はボンディング部位の領域外で行われており、それによって機械的な負荷もかからなくなる。
【００１６】
以下では本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ボンディング部位間で導体路として用いられる金属化部を覆っている接着ビードを示した図
【図２】金属化部を部分的に覆っているジェルを示した図
【図３】導体路として用いられる金属化部を収容しそれぞれ基板材料のブリッジ部分によって相互に分離されて凹部を備えた基板の横断面図
【図４】金属化部を拡大した縮尺で示した図
【図５】基板全体を示した図
【図６】基板上に被着され、ジェル並びに接着ビードを覆うカバー要素を伴った取付け完成後のセンサーケーシングを示した図
【００１８】
実施例の説明
図１には、センサ素子と電子素子、例えばＡＳＩＣとを含んだセンサーケーシングの基板が示されている。
【００１９】
概略的に示されている本発明によるセンサ１０は例えば低圧センサであり、ここでは共通の基板１４上に電子素子１６，例えばＡＳＩＣと、媒体に晒されるセンサ素子１８とが設けられている。有利にはこれらの電子素子１６とセンサ素子１８は、センサーケーシング１２の基板１４の１つの平面６０に被着されている。図１からも見て取れるように、前記電子素子（例えばＡＳＩＣ）並びにセンサ素子１８は個々のボンディングワイヤ２６で相互に接続されている。これらのボンディングワイヤは、例えば金属化部２２によって表わされる導体路２０の相互に対向した端部に接触している。導体路２０として用いられる金属化部２２の個々の端部の間、並びに複数のボンディングワイヤ２６の間には所定の間隔があけられ、図１の描写による間隔においては、導体路２０として機能する個々の金属化部２２が中央の橋絡状の接着ビード２８によって覆われている。この接着ビード２８は、図１に示されているように、基板１４の長手区間を横切るように延在する溝を有しており、この溝には、以下で説明する、カバー要素４４のシールストラット５０が埋込まれる。
【００２０】
図１の描写から見て取れるように、センサ素子１８間のボンディングワイヤ２６並びに電子素子１６間のボンディングワイヤ２６はそれぞれ、導体路２０として機能する金属化部２２の相対向する端部に接触している。
【００２１】
図２には、導体路として用いられる金属化部２２の１つの端部における第１のボンディング部位３２と、センサ素子１８まで延在しているボンディングワイヤ２６とが、ジェル４２によって覆われている形態が示されている。このようなジェル４２を用いることによって、ボンディングワイヤ２６と第１のボンディング部位３２とが、基板の媒体負荷側４０において、センサ素子１８が晒される媒体から保護される。
【００２２】
有利にはセンサーケーシング１２の基板１４はプラスチック材料、例えばＰＰＳ、ポリフェニレンスルフィド、熱可塑性プラスチック又はＰＰＡ、ポリフタルアミドなどからなっている。また製造方法としては例えばプラスチック射出成形法が挙げられる。
【００２３】
図３には基板の有利には接着ビートとして被着された接着材料領域の横断面図が示されている。
【００２４】
この図３からもわかるように、この基板１４は、接着材料の接着ビード２８によって覆われている領域に自由な空間３６を有している。この自由空間３６は、基板１４材料のブリッジ部分５６によって相互に分離されている。この基板１４材料のブリッジ部分５６の高さは、符号５８によって表わされている。
【００２５】
個々の自由空間３６内には、例えば導体路２０として用いられる金属化部２２が被着可能な台状の突出部が設けられていてもよい。導体路２０として用いられる金属化部２２は、例えばプラスチック材料のホットスタンピング、オーバーモールド成形又はインサート成形によって形成可能である。前記金属化部２２は有利にはＭＩＤ技法によって形成され、例えばニッケル層の上側にＡｕ層が被着された層構造を有し得る。図１及び図２の描写によれば、接着材料の接着ビード２８は、導体路２０として用いられる個々の金属化部２２の間を延在している。
【００２６】
接着材料が接着ビード２８の形態で被着される際には、接着ビードの材料が自由空間３６内に流し込まれ、それによって、導体路２０として用いられる金属化部２２の側方、すなわちその縁部が、接着ビード２８の接着材料によって取り囲まれ、それに続いて流れ込んだ接着ビード２８の接着材料によって形成される媒体に対する密閉性を伴った接続部分６２が生成される。それによりセンサーケーシング１２におけるセンサ素子１８が収容される領域と、ＡＳＩＣとして構成された電子素子１６が存在する残りの領域との間の密封性が形成される。
【００２７】
図４による描写では、導体路２０として用いられる金属化部が拡大された縮尺で示されている。
【００２８】
図４による描写から見て取れるように、媒体に晒されるセンサ素子１８からはボンディングワイヤ２６が、導体路２０として機能している金属化部２２の端部まで延在し、当該端部においては第１のボンディング部位３２と導体路２０として用いられる金属化部２２とが電気的に接触している。導体路２０として用いられる金属化部２２の相対向する端部には第２のボンディング部位３４が存在し、該第２のボンディング部位３４からはさらなるボンディングワイヤ２６が図４には示されていない電子素子１６，例えばＡＳＩＣまで延在している。図４の描写から見てわかるように、ボンディング部位３２乃至３４は、導体路２０として用いられる金属化部２２とボンディングワイヤ２６との間で前記ボンディング部位３２と３４の間に接着ビード２８を適用するためのスペースが十分に残るように配置される。
【００２９】
センサーケーシング１２の基板１４における媒体に晒される側には符号４０が付される。
【００３０】
図５には基板１４の全体図が示されており、ここではこの基板の一方の側に電子素子１６が、そして他方の側にはセンサ素子１８が収容される。電子素子１６をセンサ素子１８に接続させる個々のボンディングワイヤ２６は、接着ビード２８によって覆われ、導体路２０の金属化部２２の上方に存在する、基板１４上側の凹部内に埋込まれるボンディング部位３２乃至３４も接着ビード２８によって覆われる。さらに当該図５では符号４２で表わされたジェルが、第２のボンディング部位３２からセンサ素子１８まで延在するボンディングワイヤ２６の半分を覆っている。
【００３１】
図６には、基板１４にカバー要素が接合されているセンサーケーシングが示されている。
【００３２】
図６の描写から見てわかるように、カバー要素４４と基板１４が接合された状態においてシールストラット５０が接着材料からなる接着ビード２８のプラスチック成形可能な材料内へ埋込まれている。カバー要素４４の下側にシールストラットを埋込む際には、接着ビード２８の材料が次のように成形される。すなわち当該材料が自由空間３６，３８（図３参照）内に流れ込んで浸透し、その結果として接着ビード２８の下方に媒体に対して密閉性を備えた接続部分６２が形成されるように成形される。この媒体に対する密閉性を伴う接続では、基板１４平面６０の中央にセンサ素子１８を収容する空間４６と、電子素子１６，例えばＡＳＩＣとして構成された電子素子を収容する別の空間とが形成される。図３に示されているように、この媒体に対する密閉性を伴う接続部分６２は次のことによって得られる。すなわち接着ビード２８及び自由空間３６内へのシールストラット５０の埋め込みの際に、導体路２０として用いられる金属化部２２の他に可塑性材料を充填することによって得られる。このようにして接着ビード２８の下方では、センサ素子１８が収容される空間４６から、電子素子が配置される空間４８に媒体が流入することはなくなる。
【００３３】
別の面では、ジェル４２の挿入によって被検媒体に対して保護された堅固な電気的な接続が得られるようになる。
【００３４】
さらに場合によっては図６に波線で示されているように、センサ素子１８が収容されている空間４６内に存在するボンディングワイヤ２６と第１のボンディング部位３２もジェル４２で保護してもよい。図３に示されているような媒体に対する密閉性を伴う接続部分６２によれば、敏感な電子素子１６の配置された空間４８内への媒体の流入が阻止される。接着ビード２８（これは実質的にセンサーケーシング１２の基板１４の長手方向に対して横方向に延在している）の接着材料の弾性に基づいて、さらにセンサ１０へのセンサーケーシング１２の取り付け誤差の加減も補償されるようになる。カバー要素４４の下方側のシールストラット５０の寸法は、有利には次のように選定される。すなわちそれが接着ビード２８の接着材料内へ埋込まれる限り、成形可能な弾性の接着材料の最適な流し込みが達成できるように選定される。
【００３５】
図１〜図６に基づいて前述してきた本発明による解決手段によれば、センサ素子１８と電子素子１６との間の簡単でかつ短い電気的な接続路２４が得られる。電気的な接続路の短縮は、電磁的な両立性に関する利点と所要スペースに係わる利点、並びに製造コストに関する利点をもたらす。本発明による解決手段によれば、媒体に対する密閉性の備わった接続部分６２がセンサーケーシング１２内で達成され、このことはいわゆる"チップインハウジング構想"を支援することにつながる。なぜなら電気的な接続路の形成中に、媒体に晒されるセンサ素子１８が収容される空間４６と、非常に敏感な電子素子１６が収容される空間４８との間の密閉性が十分に達成可能となるからである。それにより、媒体、特に排気ガスに対する、センサ１０の排ガス耐性が向上する。本発明で提案された解決手段は、最終的に機械的に堅固な実施形態によって、ボンディング部位３２と３４における２つのボンディング接続によってその優位性が特徴付けられ、それらは導体路２０として用いられる金属化部２２の上方で形成される。さらに、ボンディング部位３２，３４が存在する領域、詳細には導体路２２として機能する帯状に形成された金属化部２２の端部における領域外でも、接着ビード２８の接着材料を介した密閉が行われる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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