DE10314875B4

DE10314875B4 - Temperature-resistant electronic component in the form of a sensor or actuator and method for its production

Info

Publication number: DE10314875B4
Application number: DE2003114875
Authority: DE
Inventors: Attila Bokodi; Alois Dr. Friedberger; Wolfgang Legner; Christoph Dipl.-Ing. Richter
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: DE10314875A1

Abstract

Temperaturbeständiges elektronisches Bauteil in Form eines Sensors (10) oder Aktors mit
einem mikromechanischen Element (12), das als Sensor- oder Aktorelement ausgestaltet ist,
einem Gehäuse (11), in dem das mikromechanische Element (12) angeordnet ist, und
Kontaktelementen (17) zum elektrischen Anschluss des mikromechanischen Elements,
wobei das mikromechanische Element (12) in dem Gehäuse (11) auf einem Stapel von Schichten (13, 14) mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten befestigt ist, die schrittweise den Wärmeausdehnungskoeffizienten des mikromechanischen Elements (12) an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses (11) anpassen,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (11) als Hohlzylinder geformt ist, an dessen Innenseite ein stufenförmiger Absatz (11a) ausgebildet ist, wobei nur der Rand einer unteren Schicht (13) des Stapels von Schichten (13, 14) mit dem mikromechanischen Element (12) auf dem stufenförmigen Absatz (11a) gelagert ist, während das Zentrum der unteren Schicht (13) frei schwebt.Temperature-resistant electronic component in the form of a sensor (10) or actuator with
a micromechanical element (12), which is designed as a sensor or actuator element,
a housing (11) in which the micromechanical element (12) is arranged, and
Contact elements (17) for electrical connection of the micromechanical element,
the micromechanical element (12) being mounted in the housing (11) on a stack of layers (13, 14) having different coefficients of thermal expansion which gradually adjust the coefficient of thermal expansion of the micromechanical element (12) to the thermal expansion coefficient of the housing (11),
characterized,
in that the housing (11) is shaped as a hollow cylinder, on the inside of which a stepped shoulder (11a) is formed, only the edge of a lower layer (13) of the stack of layers (13, 14) with the micromechanical element (12) the step-shaped shoulder (11a) is mounted, while the center of the lower layer (13) levitates.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein temperaturbeständiges elektronisches Bauteil in Form eines Sensors oder Aktors gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors oder Aktors.The The present invention relates to a temperature-resistant electronic Component in the form of a sensor or actuator according to the preamble of claim 1 and a method for producing a sensor or actuator.

Sensoren und Aktoren mit mikromechanischen Elementen sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt, beispielsweise als Drucksensor oder als Aktor mit piezoelektrischen Elementen. Im Fall von Drucksensoren ist beispielsweise eine Membran vorgesehen, die sich bei Beaufschlagung mit Druck verformt und deren Verformung mit Piezowiderständen oder anderen geeigneten Messelementen gemessen wird. Im Falle von Aktoren sind z. B. piezoelektrische Elemente vorgesehen, die sich bei einer Beaufschlagung mit Spannung verformen und deren Verformung zum Antrieb verwendet wird. Dabei sind die eigentlichen Sensorelemente in einem Gehäuse untergebracht, um sie vor mechanischen Einflüssen oder sonstigen Beschädigungen zu schützen. Im Betrieb werden die Sensoren und Aktoren oftmals erhöhten oder schwankenden Temperaturen ausgesetzt.sensors and actuators with micromechanical elements are in various embodiments known, for example as a pressure sensor or as an actuator with piezoelectric Elements. In the case of pressure sensors, for example, a membrane is provided, which deforms upon application of pressure and its deformation with piezoresistors or other suitable measuring elements. In case of Actuators are z. B. piezoelectric elements provided, which is deform when subjected to stress and its deformation used for the drive. Here are the actual sensor elements housed in a housing, around them from mechanical influences or other damages to protect. In operation, the sensors and actuators are often increased or exposed to fluctuating temperatures.

Dabei besteht das Problem, dass in den Sensoren oder Aktoren bei einer Veränderung der Umgebungstemperatur mechanische Spannungen verursacht werden. Diese können die Ausgangssignale des Sensors verfälschen oder auch Risse verursachen und somit den Sensor zerstören. Im Fall von Aktoren führen veränderte oder erhöhte Temperaturen ebenfalls zu mechanischen Spannungen, die die Stellung und die Bewegung der Aktorik beeinflussen und dadurch Ungenauigkeiten hervorrufen oder die Gefahr einer Zerstörung beinhalten.there there is the problem that in the sensors or actuators at a change the ambient temperature mechanical stresses are caused. these can falsify the output signals of the sensor or cause cracks and thus destroy the sensor. In the case of actuators lead changed or increased Temperatures also contribute to mechanical stresses affecting the position and affect the movement of the actuators and thereby inaccuracies cause or threaten to destroy.

Um dem Problem mechanischer Spannungen bei welchselnden Temperaturen zu begegnen, wurde bisher versucht, das Sensorelement an Kontaktstiften zu befestigen. Dabei ergab sich jedoch der Nachteil einer geringen Stabilität. Weiterhin werden zu niedrige Resonanzfrequenzen verursacht, die zu Schwingungen beim normalen Betrieb führen.Around the problem of mechanical stresses at changing temperatures To counter, it has been tried, the sensor element to contact pins to fix. However, there was the disadvantage of a low Stability. Furthermore, too low resonance frequencies are caused cause vibrations during normal operation.

Aus der JP 2000 180 282 A ist ein Drucksensor bekannt, der ein als Sensorelement ausgestaltetes mikromechanisches Element, ein Gehäuse, in dem das mikromechanische Element angeordnet ist, und Kontaktelemente zum elektrischen Anschluss des mikromechanischen Elements umfasst und bei dem das mikromechanische Element in dem Gehäuse auf einem Stapel von Schichten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten befestigt ist, die den Wärmeausdehnungskoeffizienten des mikromechanischen Elements an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses anpassen sollen.From the JP 2000 180 282 A a pressure sensor is known, which comprises a sensor element configured as a micromechanical element, a housing in which the micromechanical element is arranged, and contact elements for electrically connecting the micromechanical element and wherein the micromechanical element in the housing on a stack of layers having different thermal expansion coefficients is fixed, which should adjust the coefficient of thermal expansion of the micromechanical element to the thermal expansion coefficient of the housing.

Aus der US 5 285 690 A ist ein Drucksensor bekannt, der ein als Sensorelement ausgestaltetes mikromechanisches Element, ein Gehäuse, in dem das mikromechanische Element angeordnet ist, und Kontaktelemente zum elektrischen Anschluss des mikromechanischen Elements umfasst und bei dem das mikromechanische Element in dem Gehäuse auf einem Stapel von Schichten mit Wärmeausdehnungskoeffizienten befestigt ist, die dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des mikromechanischen Elements und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses ähnlich oder gleich sind.From the US 5 285 690 A a pressure sensor is known which comprises a sensor element designed as a micromechanical element, a housing in which the micromechanical element is arranged, and contact elements for electrically connecting the micromechanical element and in which the micromechanical element mounted in the housing on a stack of layers with thermal expansion coefficients is similar or equal to the coefficient of thermal expansion of the micromechanical element and the thermal expansion coefficient of the housing.

Die US 6 405 597 B1 beschreibt einen Drucksensor, der ein als Sensorelement ausgestaltetes mikromechanisches Element, ein Gehäuse, in dem das mikromechanische Element angeordnet ist, und Kontaktelemente zum elektrischen Anschluss des mikromechanischen Elements umfasst und bei dem das mikromechanische Element in dem Gehäuse auf einem Trägerelement befestigt ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizienten an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des mikromechanischen Elements angepasst ist.The US Pat. No. 6,405,597 B1 describes a pressure sensor which comprises a micromechanical element designed as a sensor element, a housing in which the micromechanical element is arranged, and contact elements for electrical connection of the micromechanical element and in which the micromechanical element is mounted in the housing on a carrier element whose thermal expansion coefficient the coefficient of thermal expansion of the micromechanical element is adjusted.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Sensoren und/oder Aktoren mit einem Gehäuse zu schaffen, bei denen mechanische Spannungen aufgrund von Temperaturveränderungen vermieden werden und die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit erhöht werden. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung von Sensoren und/oder Aktoren angegeben werden, mit dem zuverlässige Sensoren und Aktoren, die weitgehend unempfindlich gegenüber Temperaturveränderungen sind, geschaffen werden.It The object of the present invention is sensors and / or actuators with a housing create, where mechanical stresses due to temperature changes be avoided and the reliability and the accuracy increases become. Furthermore, a method for the production of sensors and / or actuators are specified, with the reliable sensors and actuators that are largely insensitive to temperature changes are to be created.

Die Aufgabe wird gelöst durch das temperaturbeständige elektronische Bauteil in Form eines Sensors oder Aktors gemäß Patentanspruch 1 und durch das Verfahren zum Herstellen eines Sensors oder Aktors gemäß Patentanspruch 11. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.The Task is solved by the temperature resistant electronic component in the form of a sensor or actuator according to claim 1 and by the method of manufacturing a sensor or actuator according to claim 11. Further advantageous features, aspects and details of the invention arise from the dependent ones Claims that Description and the drawings.

Merkmale, die im Zusammenhang mit dem elektronischen Bauteil beschrieben werden, gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren, ebenso wie Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben werden, auch für das elektronische Bauteil gelten.Characteristics, which are described in connection with the electronic component, also apply to the method according to the invention, as well as features described in the context of the procedure be, also for the electronic component apply.

Das erfindungsgemäße elektronische Bauteil in Form eines Sensors oder Aktors umfasst ein mikromechanisches Element, das als Sensor- oder Aktorelement ausgestaltet ist, ein Gehäuse, in dem das mikromechanische Element angeordnet ist, und Kontaktelemente zum elektrischen Anschluss des mikromechanischen Elements, wobei das mikromechanische Element in dem Gehäuse auf einem Stapel von Schichten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten befestigt ist, die schrittweise den Wärmeausdehnungskoeffizienten des mikromechanischen Elements an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses anpassen.The electronic component according to the invention in the form of a sensor or actuator comprises a micromechanical element, which is designed as a sensor or actuator element, a housing in which the micromechanical element is arranged, and contact elements for electrical connection of the micromechanical element, wherein the micromechanical element in the Housing on a Sta pel is attached layers of different coefficients of thermal expansion, which gradually adjust the coefficient of thermal expansion of the micromechanical element to the thermal expansion coefficient of the housing.

Erfindungsgemäß ist das Gehäuse als Hohlzylinder geformt und der Stapel von Schichten mit dem mikromechanischen Element zylindrisch gestaltet und in dem Hohlzylinder angeordnet. Das Gehäuse weist in seinem Innenraum einen stufenförmigen Absatz auf, auf dem der Stapel von Schichten gelagert ist, wobei sich das mikromechanische Element auf der Oberseite des Schichtstapels befindet. Da nur die unterste Schicht des Schichtstapels auf dem Absatz der Stufe gelagert ist und somit mit dem Gehäuse bzw. mit der Gehäusewandung verbunden ist, ergibt sich im Bereich des Übergangs vom Gehäuse zum Schichtstapel nur ein gering veränderter Wärmeausdehnungskoeffizient, ebenso wie beim Übergang zur nächsten Schicht und gegebenenfalls zu weiteren Schichten sowie zum mikromechanischen Element, so dass zwischen dem Gehäuse und dem mikromechanischen Element aufgrund der Schichten eine schrittweise Anpassung der Wärme ausdehnungskoeffizienten erfolgt und dadurch Verspannungen aufgrund thermischer Beeinflussungen vermieden werden.This is according to the invention casing shaped as a hollow cylinder and the stack of layers with the micromechanical Cylindrical element designed and arranged in the hollow cylinder. The housing has in its interior a stepped shoulder on which the stack of layers is stored, wherein the micromechanical Element is located on top of the layer stack. Because only the Bottom layer of the layer stack stored on the shoulder of the step is and therefore with the case or with the housing wall is connected, results in the region of the transition from the housing to Layer stack only slightly changed Thermal expansion coefficient, as well as the transition to the next Layer and optionally to further layers and to the micromechanical element, so that between the case and the micromechanical element due to the layers one stepwise Adjustment of the thermal expansion coefficient takes place and thereby tension due to thermal influences be avoided.

Durch die Erfindung ist eine kostengünstige Herstellung möglich, und es wird eine stabile und zuverlässige Bauweise gewährleistet.By The invention is a cost-effective production possible, and it ensures a stable and reliable construction.

Durch die Erfindung wird die Zuverlässigkeit und Messgenauigkeit der entsprechenden Sensoren und Aktoren erhöht, selbst wenn der Einsatz bei hohen Temperaturen und in aggressiven Medien erfolgt.By The invention will be the reliability and Measurement accuracy of the corresponding sensors and actuators increased, even when used at high temperatures and in aggressive media he follows.

Vorteilhafterweise umfasst der Stapel von Schichten ein Trägerelement und ein darauf befestigtes adaptives Element, auf dem das mikromechanische Element befestigt ist, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des adaptiven Elements zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Trägerelements und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des mikromechanischen Elements liegt. Dadurch können die Ausdehnungskoeffizienten derart angepasst werden, dass Verspannungen weiter minimiert oder verhindert werden. Auch bei hohen Temperaturen wird eine Stabilität der Messergebnisse erreicht.advantageously, The stack of layers comprises a support member and a fastener mounted thereon adaptive element on which fastens the micromechanical element is, where the coefficient of thermal expansion of the adaptive element between the thermal expansion coefficient the carrier element and the thermal expansion coefficient of the micromechanical element is located. This allows the expansion coefficients be adjusted so that tension is further minimized or be prevented. Even at high temperatures, a stability of the measurement results reached.

Die Schichten mit unterschiedlichen spezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten können auch Teil eines Trägerelements sein, beispielsweise in Form von mehreren übereinander angeordneten Lagen, wobei sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Schichten schrittweise von einer Seite des Trägerelements zur anderen Seite hin erhöhen.The Layers with different specific thermal expansion coefficients can also Part of a support element be, for example in the form of several superimposed layers, where the coefficients of thermal expansion the layers gradually from one side of the support element increase to the other side.

Bevorzugt ist das Trägerelement und/oder das adaptive Element aus Keramik hergestellt, beispielsweise aus LTCC-Keramik (Low Temperature Cofired Ceramics) d. h. Keramiken, die bei niedrigen Temperaturen gesintert sind. Das Trägerelement und/oder das adaptive Element sind beispielsweise als Scheiben ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine schnelle, kostengünstige und stabile Bauweise.Prefers is the carrier element and / or the adaptive element made of ceramic, for example from LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) ceramics d. H. ceramics, which are sintered at low temperatures. The support element and / or the adaptive element are formed for example as disks. This results in a fast, cost-effective and stable construction.

Bevorzugt sind die Kontaktelemente als Kontaktstifte ausgestaltet, die z. B. durch den Stapel von Schichten insbesondere senkrecht zur Schichtebene geführt sind und das mikromechanische Element kontaktieren. Dadurch ergibt sich insbesondere ein stabiler und zuverlässiger elektrischer Kontakt, wobei auch eine hermetische Abdichtung erreicht werden kann.Prefers the contact elements are designed as pins, the z. B. are guided by the stack of layers in particular perpendicular to the layer plane and Contact the micromechanical element. This results in particular a stable and reliable electrical contact, wherein also reaches a hermetic seal can be.

Vorteilhafterweise sind an den Durchführungen der Kontaktstifte Dichtungen, insbesondere Lotringe, vorgesehen, um die Durchführungen hermetisch abzudichten. Dadurch kann eine zuverlässige hermetische Abdichtung des Sensorinnenraums erfolgen.advantageously, are at the bushings the contact pins seals, in particular solder rings provided, around the bushings hermetically seal. This can provide a reliable hermetic seal done the sensor interior.

Beispielsweise sind die Kontaktelemente mittels Metallwolle elektrisch an das mikromechanische Element angeschlossen. Die Metallwolle bietet aufgrund ihrer Federwirkung einen sicheren Kontakt. Die Metallwolle liegt beispielsweise in Form eines dünnen Metalldrahtes vor, der zu einem Knäuel geformt ist.For example are the contact elements by means of metal wool electrically to the micromechanical Element connected. The metal wool offers due to its spring action a secure contact. The metal wool lies, for example, in Shape of a thin Metal wire shaped into a ball of yarn.

Es ist aber auch möglich, die Kontaktelemente mittels einer Metallisierungspaste elektrisch an das mikromechanische Element anzuschließen.It but it is also possible the contact elements by means of a metallizing paste electrically to connect to the micromechanical element.

Bevorzugt hat das mikromechanische Element versenkt angeordnete Kontaktflächen zum elektrischen Anschluss der Kontaktelemente. Dadurch ist es möglich, das an das mikromechanische Element anzuschließende Kontaktelement mit einem Ende in dem mikromechanischen Element versenkt anzuordnen und somit einen besonders sicheren und zuverlässigen elektrischen Kontakt zu gewährleisten.Prefers has the micromechanical element sunk arranged contact surfaces for electrical Connection of the contact elements. This makes it possible to attach to the micromechanical element to be connected Contact element with one end in the micromechanical element sunk to arrange and thus a particularly safe and reliable electrical contact to ensure.

Bevorzugt sind die Schichten untereinander und/oder mit dem mikromechanischen Element durch Lot, insbesondere Glaslot, verbunden.Prefers are the layers with each other and / or with the micromechanical Element connected by solder, in particular glass solder.

Bevorzugt hat das Gehäuse in seinem Innenraum einen Bereich, der durch den Stapel von Schichten und das darauf gehaltene mikromechanische Element hermetisch verschlossen ist. Dadurch kann der Sensorinnenraum vor störenden oder schädlichen Stoffen bzw. Gasen geschützt werden, und es kann weiterhin ein Absolutdrucksensor realisiert werden.Prefers has the case in its interior an area that passes through the stack of layers and the micromechanical element held thereon hermetically sealed is. As a result, the sensor interior of annoying or harmful Protected substances or gases be, and it can continue to realize an absolute pressure sensor become.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors oder Aktors angegeben, das die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines als Sensor- oder Aktorelement ausgestalteten mikromechanischen Elements; Bereitstellen eines Gehäuses für das mikromechanische Element; Bereitstellen einer ersten Schicht, deren Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des mikromechanischen Elements liegt; Anordnen von Kontaktelementen zur elektrischen Kontaktierung des mikromechanischen Elements; Anbringen der ersten Schicht am Gehäuse; Aufbringen einer zweiten Schicht, deren Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der ersten Schicht und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des mikromechanischen Elements liegt, auf die erste Schicht; und Aufbringen des mikromechanischen Elements auf die zweite Schicht.According to another aspect of the invention The invention relates to a method for producing a sensor or actuator comprising the following steps:
Providing a micromechanical element designed as a sensor or actuator element; Providing a housing for the micromechanical element; Providing a first layer whose coefficient of thermal expansion lies between the coefficient of thermal expansion of the housing and the thermal expansion coefficient of the micromechanical element; Arranging contact elements for electrical contacting of the micromechanical element; Attaching the first layer to the housing; Applying a second layer whose coefficient of thermal expansion lies between the thermal expansion coefficient of the first layer and the thermal expansion coefficient of the micromechanical element to the first layer; and applying the micromechanical element to the second layer.

Erfindungsgemäß wird das Gehäuse als Hohlzylinder ausgestaltet, in welchem die als Scheiben ausgestalteten Schichten befestigt werden. Die erste Schicht wird auf einem stufenförmigen Absatz, der in einer Wandung des Gehäuses ausgebildet ist, angeordnet. Dadurch wird die erste Schicht mit den darauf liegenden weiteren Schichten stabil gelagert, wobei nur die erste bzw. unterste Schicht mit der Gehäusewandung in direktem Kontakt steht, während die weiteren Schichten oberhalb der ersten Schicht und das mikromechanische Element mit der Gehäusewandung nicht in direktem Kontakt stehen. Dadurch werden mechanische Verspannungen aufgrund veränderter oder erhöhter Temperaturen vermieden oder reduziert.According to the invention casing designed as a hollow cylinder in which the configured as discs Layers are attached. The first layer is on a stepped shoulder, the in a wall of the housing is formed, arranged. This will be the first layer with stably stored on the other layers lying thereon, only the first or lowest layer with the housing in direct contact stands while the further layers above the first layer and the micromechanical Element with the housing wall not in direct contact. This will cause mechanical tension due to changed or increased Temperatures avoided or reduced.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, einen temperaturbeständigen Sensor oder Aktor herzustellen, bei dem Spannungen aufgrund thermischer Einflüsse vermieden werden, so dass er eine erhöhte Zuverlässigkeit und Messgenauigkeit aufweist und temperaturbeständig ist. Durch die Erfindung wird eine stabile und dauerhafte Befestigung der Schichten in dem Gehäuse erreicht.By the inventive method Is it possible, a temperature resistant Sensor or actuator in which voltages due to thermal influences be avoided, so he increased reliability and measurement accuracy has and temperature resistant is. The invention provides a stable and durable attachment the layers in the housing reached.

Bevorzugt wird die erste Schicht, gegebenenfalls auch mit ein oder mehreren weiteren Schichten, auf einem Montagesockel angeordnet, anschließend eine Ge häusewandung auf dem Montagesockel mit der darauf befindlichen ersten Schicht aufgesetzt, der Aufbau verlötet, und danach wird der Montagesockel entfernt.Prefers becomes the first layer, optionally with one or more further layers, arranged on a mounting base, then a House wall on the mounting base with the first layer on top put on, the structure soldered, and then the mounting base is removed.

Dadurch kann das Sensor- bzw. Aktorelement schnell und einfach hergestellt werden, so dass eine kostengünstige Fertigung bzw. Serienfertigung möglich ist.Thereby The sensor or actuator element can be produced quickly and easily be so cost-effective Production or series production possible is.

Vorteilhafterweise sind die Kontaktelemente als Kontaktstifte ausgestaltet, die jeweils mit einem Ende in dem Montagesockel gehalten werden und durch die erste Schicht hindurchgeführt werden. Dadurch werden zuverlässige und stabile Kontaktdurchführungen geschaffen.advantageously, the contact elements are designed as contact pins, respectively be held with one end in the mounting base and through the passed first layer become. This will be reliable and stable contact bushings created.

Bevorzugt werden die Schichten z. B. mit Glaslot verlötet. Sie können aber auch verklebt werden.Prefers the layers z. B. soldered to glass solder. But they can also be glued.

Vorteilhaft durchdringen die als Kontaktstifte ausgestalteten Kontaktelemente die Schichten senkrecht zur Schichtebene, und die Durchführungen werden beispielsweise mit Lotringen hermetisch verschlossen.Advantageous penetrate the contact elements designed as contact pins the layers are perpendicular to the layer plane, and the feedthroughs become For example, with Lotringen hermetically sealed.

Bevorzugt werden die als Kontaktstifte ausgestalteten Kontaktelemente mit jeweils einem Ende in dem mikromechanischen Element versenkt, wobei Metallwolle und/oder Metallpaste zur elektrischen Kontaktierung verwendet wird.Prefers be configured as contact pins contact elements with each sunk into one end in the micromechanical element, wherein metal wool and / or metal paste is used for electrical contacting.

Durch die Metallwolle ergibt sich ein besonders dauerhafter und zuverlässiger elektrischer Kontakt zu den Kontaktelementen. Diese besondere Zuverlässigkeit wird aufgrund der Federwirkung der Metallwolle erreicht.By The metal wool results in a particularly durable and reliable electrical Contact to the contact elements. This particular reliability is achieved due to the spring action of the metal wool.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und anhand der Figuren beschrieben, in denenfollowing The invention is based on preferred embodiments and based on Figures described in which

1 einen Sensor in teilweiser Schnittansicht zeigt, der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt; 1 a sensor in partial sectional view showing a preferred embodiment of the invention;

2 eine Schnittansicht in Form eines schematischen Längsschnitts durch den Sensor zeigt; 2 shows a sectional view in the form of a schematic longitudinal section through the sensor;

3–8 schematische Schnittansichten des erfindungsgemäßen Sensors während verschiedener Stufen des Herstellungsverfahrens zeigen. 3 - 8th show schematic sectional views of the sensor according to the invention during various stages of the manufacturing process.

In 1 ist ein Drucksensor 10 schematisch in perspektivischer Darstellung gezeigt. Der Drucksensor 10 hat ein als Hohlzylinder ausgestaltetes Gehäuse 11, in dem ein Sensorelement 12 angeordnet ist, wobei sich das Sensorelement 12 am vorderen Ende des Drucksensors 10 befindet. Das Sensorelement 12 ist auf zwei übereinander liegenden Schichten 13, 14 aus Keramik angeordnet, die unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Dabei steht das Sensorelement 12 nicht mit dem Gehäuse 11 in Verbindung, sondern es ist beabstandet von dem Gehäuse 11 auf der zweiten Keramikschicht 14 befestigt. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Keramikschichten 13, 14 sind so gewählt, dass sie zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses 11 und des Sensorelements 12 liegen, wobei durch die Schichten 13, 14 ein schrittweiser Übergang bzw. eine schrittweise Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten vom Gehäuse 11 hin zum Sensorelement 12 erfolgt.In 1 is a pressure sensor 10 shown schematically in perspective. The pressure sensor 10 has a housing designed as a hollow cylinder 11 in which a sensor element 12 is arranged, wherein the sensor element 12 at the front end of the pressure sensor 10 located. The sensor element 12 is on two superimposed layers 13 . 14 made of ceramic, which have different thermal expansion coefficients. This is the sensor element 12 not with the case 11 but it is spaced from the housing 11 on the second ceramic layer 14 attached. The thermal expansion coefficients of the ceramic layers 13 . 14 are chosen so that they are between the thermal expansion coefficient of the housing 11 and the sensor element 12 lie, being through the layers 13 . 14 a gradual transition or a gradual adjustment of the thermal expansion coefficients of the housing 11 towards the sensor element 12 he follows.

Das Sensorelement 12 ist auf der zweiten Keramikschicht 14 durch Verlöten mittels Lotglas 15 befestigt. Weiterhin sind die beiden Schichten 13, 14 durch Verlöten mittels Lotglas 15 miteinander verbunden. Die erste Schicht 13 ist durch Verlöten fest mit dem Gehäuse 11 verbunden. Dazu befindet sich eine Schicht aus einem Lot 16, das z. B. Kupfer und Titan enthält, am unteren Ende der Schicht 13, um dort das Gehäuse 11 mit der ersten Keramikschicht 13 zu verbinden.The sensor element 12 is on the second ceramic layer 14 by soldering with solder glass 15 attached. Furthermore, the two layers 13 . 14 by soldering with solder glass 15 connected with each other. The first shift 13 is by soldering firmly to the housing 11 connected. This is a layer of a lot 16 , the Z. As copper and titanium, at the bottom of the layer 13 to get the case there 11 with the first ceramic layer 13 connect to.

Der aus den beiden Keramikschichten 13, 14 und dem Sensorelement 12 gebildete Stapelaufbau bietet eine schrittweise Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten α, die in diesem Beispiel wie folgt gewählt sind: α (Sensorelement 12) ≅ 3 × 10^–6 K^–1, α (zweite Schicht 14) ≅ 4,5 × 10^–6 K^–1, α (erste Schicht 13) ≅ 6 × 10^–6 K^–1, α (Gehäuse 11) ≅ 7 × 10^–6 K. Selbstverständlich sind auch andere Wärmeausdehnungskoeffizienten und noch weitere Schichten möglich, solange die Wärme ausdehnungskoeffizienten der Schichten 13, 14 und gegebenenfalls weiterer Schichten, die sich zwischen dem Gehäuse 11 und dem Sensorelement 12 befinden, eine schrittweise Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten bieten.The one of the two ceramic layers 13 . 14 and the sensor element 12 formed stack structure provides a gradual adjustment of the thermal expansion coefficients α, which are selected in this example as follows: α (sensor element 12 ) ≅ 3 × 10 ^-6 K ^-1 , α (second layer 14 ) ≅ 4.5 × 10 ^-6 K ^-1 , α (first layer 13 ) ≅ 6 × 10 ^-6 K ^-1 , α (housing 11 ) ≅ 7 × 10 ^-6 K. Of course, other coefficients of thermal expansion and other layers are possible, as long as the thermal expansion coefficient of the layers 13 . 14 and optionally further layers extending between the housing 11 and the sensor element 12 to provide a gradual adjustment of the coefficient of thermal expansion.

Die übereinander gestapelten Schichten 13, 14 sind z. B. aus LTCC-Keramik (Low Temperature Cofired Ceramics) gefertigt, d. h. aus Keramikmaterial, das bei relativ niedrigen Temperaturen gesintert ist. Die untere Schicht 13 bildet ein Trägerelement, und die obere Schicht 14, auf der das Sensorelement 12 befestigt ist, bildet ein adaptives Element aus LTCC-Keramik. Anstelle der Befestigung durch Verlöten kann z. B. auch eine Befestigung durch Verkleben erfolgen. In diesem Fall sind anstelle des Lots 15, 16 Klebemittel bzw. Klebeschichten vorgesehen.The stacked layers 13 . 14 are z. B. made of LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics), ie of ceramic material which is sintered at relatively low temperatures. The lower layer 13 forms a carrier element, and the upper layer 14 on which the sensor element 12 attached, forms an adaptive element of LTCC ceramic. Instead of attachment by soldering z. B. also be done by gluing. In this case, instead of the lot 15 . 16 Adhesives or adhesive layers provided.

Vom rückwärtigen Ende des Sensors 10 bis zum Sensorelement 12 erstrecken sich Kontaktelemente in Form von vier Kontaktstiften 17 im Innenraum des Sensors 10 in dessen Längsrichtung. Dabei sind die Kontaktstifte 17 in dem Sensor innerhalb eines rohrförmigen Behälters 18 angeordnet, der aus Keramik, z. B. als Al₂O₃ gefertigt ist und eine Keramikkapillare zur Halterung und Führung der Kontaktstifte 17 bildet. Die Kontaktstifte 17 sind aus Metall gefertigt und können vergoldet sein, um die elektrische Kontaktierung zu erleichtern. Im vorderen Bereich des Sensors 10 erstrecken sich die Kontaktstifte 17 durch das Trägerelement bzw. die erste Schicht 13 und das adaptive Element bzw. die zweite Schicht 14 hindurch und kontaktieren die Unterseite oder Innenseite des Sensorelements 12. Dazu sind die jeweiligen Enden der Kontaktstifte 17 im Sensorelement 12 versenkt und kontaktieren im Sensorelement 12 versenkt angeordnete Kontaktflächen mittels einer Metallpaste oder Metallwolle, so dass ein sicherer Kontakt gewährleistet wird.From the rear end of the sensor 10 to the sensor element 12 extend contact elements in the form of four pins 17 in the interior of the sensor 10 in the longitudinal direction. These are the contact pins 17 in the sensor within a tubular container 18 arranged, made of ceramic, z. B. is made as Al ₂ O ₃ and a ceramic capillary for holding and guiding the pins 17 forms. The contact pins 17 are made of metal and can be gold plated to facilitate electrical contact. In the front area of the sensor 10 extend the contact pins 17 through the carrier element or the first layer 13 and the adaptive element and the second layer, respectively 14 through and contact the bottom or inside of the sensor element 12 , These are the respective ends of the contact pins 17 in the sensor element 12 sunk and contact in the sensor element 12 sunk arranged contact surfaces by means of a metal paste or metal wool, so that a secure contact is ensured.

Das in der Art eines Hohlzylinders ausgestaltete Gehäuse 11 des Sensors 10 ist an seiner Außenfläche stufenförmig ausgebildet, d. h. es weist unterschiedliche Außendurchmesser auf, die je nach dem vorgesehenen Einsatzzweck ein Anbringen des Sensors an anderen Bauteilen ermöglichen.The designed in the manner of a hollow cylinder housing 11 of the sensor 10 is stepped on its outer surface, that is, it has different outer diameter, which allow depending on the intended use attaching the sensor to other components.

2 zeigt in schematischer Darstellung eine Schnittansicht durch den vorderen Teil des Drucksensors 10. Das Gehäuse 11 weist an seiner Innenseite eine Stufe 11a bzw. einen stufenförmigen Absatz auf, auf dem die erste Keramikschicht 13 mit der darüber liegenden zweiten Keramikschicht 14 und dem darauf angeordneten Sensorelement 12 gelagert ist. D. h., dass nur der Rand der unteren Schicht 13 auf der Stufe bzw. dem Absatz 11a befestigt ist, während das Zentrum der unteren Schicht 13 frei schwebt. 2 shows a schematic representation of a sectional view through the front part of the pressure sensor 10 , The housing 11 has a step on its inside 11a or a stepped shoulder on which the first ceramic layer 13 with the overlying second ceramic layer 14 and the sensor element arranged thereon 12 is stored. That is, only the edge of the lower layer 13 at the level or paragraph 11a is fastened while the center of the lower layer 13 floating freely.

Der Stapel von Schichten 13, 14 und das Sensorelement 12 sind als runde Scheiben bzw. Chips ausgestaltet, deren Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Gehäuses 11 in dem Bereich, in dem diese Bauteile aufgenommen sind, so dass nur in einem Randbereich der Unterseite der ersten Schicht 13 ein mechanischer Kontakt zum Gehäuse 11 besteht. Die als adaptives Element wirkende Schicht 14 und das Sensorelement 12 sind mit einem Abstand d zum Gehäuse 11 angeordnet, d. h. sie stehen nur über die untere Schicht 13 mit dem Gehäuse 11 in Kontakt.The pile of layers 13 . 14 and the sensor element 12 are designed as round discs or chips whose outer diameter is smaller than the inner diameter of the housing 11 in the area where these components are housed so that only in one edge area of the bottom of the first layer 13 a mechanical contact with the housing 11 consists. The layer acting as an adaptive element 14 and the sensor element 12 are at a distance d to the housing 11 arranged, ie they are only on the lower layer 13 with the housing 11 in contact.

Das Lot oder Klebemittel 16, das die untere Schicht 13 auf dem stufenförmigen Absatz 11a fixiert, bildet gleichzeitig eine hermetische Abdichtung, so dass der Sensor 10 unterhalb des Sensorelements 12 und der Schichtfolge 13, 14 einen hermetisch abgedichteten Innenraum 25 hat.The solder or adhesive 16 that the lower layer 13 on the step-shaped heel 11a fixed, simultaneously forms a hermetic seal, so that the sensor 10 below the sensor element 12 and the sequence of layers 13 . 14 a hermetically sealed interior 25 Has.

Zur Durchführung der Kontaktstifte 17 sind in den Schichten 13, 14 aus Keramik durchgehende Bohrungen 21 angeordnet, durch die sich die Kontaktstifte 17 erstrecken. Dabei sind die Bohrungen 21 an der Unterseite der ersten Schicht 13 mit einem größeren Innendurchmesser ausgeführt als im zentralen Bereich, so dass Lotringe 22 im Bereich der Bohrungen 21 angeordnet sind und jeweils einen Kontaktstift 17 umschließen, so dass eine hermetische Abdichtung der Kontaktdurchführungen erfolgt.To carry out the contact pins 17 are in the layers 13 . 14 ceramic through holes 21 arranged through which the contact pins 17 extend. Here are the holes 21 at the bottom of the first layer 13 designed with a larger inner diameter than in the central area, so that solder rings 22 in the field of drilling 21 are arranged and each have a contact pin 17 enclose, so that a hermetic seal of the contact bushings takes place.

Zwischen der unteren Schicht 13, die das Trägerelement bildet, und der oberen Schicht 14, die das adaptive Element bildet, sowie zwischen der oberen Schicht 14 und dem Sensorelement 12, sind jeweils Schichten aus dem Lot 15 bzw. Glaslot angeordnet.Between the lower layer 13 , which forms the carrier element, and the upper layer 14 , which forms the adaptive element, as well as between the upper layer 14 and the sensor element 12 , are each layers from the lot 15 or glass solder arranged.

Das Sensorelement 12 umfasst zwei übereinander liegende Siliziumwafer, wobei der zentrale Bereich 12a des oberen Wafers als Membran ausgebildet ist. Unterhalb der Membran 12a befindet sich ein Hohlraum, der z. B. evakuiert ist. An der Membran 12a sind in den Figuren nicht dargestellte Piezowiderstände angeordnet, die eine Verformung der Membran bei Beaufschlagung mit Druck messen.The sensor element 12 comprises two superposed silicon wafers, the central region 12a of the upper wafer is designed as a membrane. Below the membrane 12a there is a cavity, the z. B. is evacuated. At the membrane 12a Piezoresistors, not shown in the figures, are arranged which measure a deformation of the membrane upon application of pressure.

An der Unterseite des Sensorelements 12 sind Ausnehmungen 12b ausgestaltet, die jeweils zur Aufnahme der Endbereiche der Kontaktstifte 17 dienen. Das Sensorelement 12 hat versenkt angeordnete Kontaktflächen, die von den Kontaktstiften 17 kontaktiert werden. Zu diesem Zweck befindet sich in den Ausnehmungen 12b Metallwolle oder Metallpaste.At the bottom of the sensor element 12 are recesses 12b configured, each for receiving the end portions of the contact pins 17 serve. The sensor element 12 has sunk arranged contact surfaces coming from the contact pins 17 be contacted. For this purpose is located in the recesses 12b Metal wool or metal paste.

Nachfolgend wird die Herstellung des erfindungsgemäßen elektronischen Bauteils am Beispiel eines Drucksensors anhand der 3 bis 8 beschrieben.Hereinafter, the production of the electronic component according to the invention using the example of a pressure sensor based on 3 to 8th described.

Zunächst wird ein Trägerelement, das später die erste Schicht 13 bildet, aus einem Material mit geeignetem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient wird dabei so gewählt, dass er zusammen mit weiteren Schichten einen schrittweisen Übergang vom Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses 11 (siehe 2) zum Wärmeausdehnungskoeffizienten des Sensorelements 12 bildet.First, a support element, which later becomes the first layer 13 forms, made of a material with a suitable coefficient of thermal expansion. The thermal expansion coefficient is chosen so that it together with other layers a gradual transition from the coefficient of thermal expansion of the housing 11 (please refer 2 ) to the thermal expansion coefficient of the sensor element 12 forms.

In dem hier gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Trägerelement aus Keramik bzw. LTCC-Keramik gefertigt. Die fertig gebrannte Keramik wird anschließend mit einer Mikrofräse gefräst oder gebohrt, um die Durchführungen 21 für die Kontaktstifte 17 zu schaffen. Das die spätere erste Schicht 13 bildende Trägerelement ist scheibenförmig ausgestaltet und hat einen Durchmesser von 3 mm, eine Dicke von 500 μm und einen Durchmesser der Bohrungen bzw. Durchführungen 21 von 300 μm. Im Anfangsbereich der Bohrungen ist der Durchmesser auf 700 μm vergrößert, um dort Sacklöcher 21a auszubilden. Es ist aber auch möglich, die einzelnen Lagen der Keramik im grünen Zustand mit den Löchern zu versehen, beispielsweise um mechanische Bearbeitung zu vermeiden.In the preferred embodiment shown here, the carrier element is made of ceramic or LTCC ceramic. The finished ceramic is then milled or drilled with a microfiller around the bushings 21 for the contact pins 17 to accomplish. That the later first layer 13 forming support member is disc-shaped and has a diameter of 3 mm, a thickness of 500 microns and a diameter of the holes or bushings 21 of 300 μm. In the initial area of the holes, the diameter is increased to 700 microns, there blind holes 21a train. But it is also possible to provide the individual layers of ceramic in the green state with the holes, for example, to avoid mechanical processing.

In ähnlicher Weise wie beim Trägerelement, das die erste Schicht 13 bildet, erfolgt die Herstellung und Bereitstellung des adaptiven Elements, das die spätere zweite Schicht 14 bildet. Dabei wird für das adaptive Element ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt, der zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der ersten Schicht 13 und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Sensorelements 12 liegt. Als Material wird ebenfalls LTCC-Keramik gewählt und das adaptive Element wird mit Löchern zur Durchführung der Kontaktstifte 17 versehen.In a similar way to the support element, which is the first layer 13 forms, the production and provision of the adaptive element, which is the later second layer 14 forms. In this case, a material is selected for the adaptive element with a thermal expansion coefficient, which is between the thermal expansion coefficient of the first layer 13 and the thermal expansion coefficient of the sensor element 12 lies. The material chosen is also LTCC ceramic and the adaptive element is provided with holes for the passage of the contact pins 17 Mistake.

Die Lotringe 22 werden z. B. mit einem Außendurchmesser von 700 μm und einem Innendurchmesser von 300 μm sowie mit einer Dicke von 300 μm hergestellt. Weiterhin werden Lotringe 16 mit größerem Durchmesser bereitgestellt, die für die Verbindung der unteren Schicht 13 mit dem Gehäuse 11 verwendet werden. Diese Lotringe 16 haben einen Außendurchmesser von ca. 3.100 μm, einen Innendurchmesser von ca. 2.700 μm und eine Dicke von 50 μm.The solder rings 22 be z. B. made with an outer diameter of 700 microns and an inner diameter of 300 microns and with a thickness of 300 microns. Furthermore, solder rings 16 provided with larger diameter, for the connection of the lower layer 13 with the housing 11 be used. These solder rings 16 have an outer diameter of about 3,100 microns, an inner diameter of about 2,700 microns and a thickness of 50 microns.

Das Sensorelement 12 wird z. B. als Chip bereitsgestellt, der im vorliegenden Fall ein Absolutdrucksensor ist, mit einer Membran, die sich oberhalb einer evakuierten und verschlossenen Kavität befindet und sich bei Beaufschlagung mit Druck verformt. An der Membran sind Piezowiderstände bzw. Messelemente angeordnet, die die Verformung der Membran messen.The sensor element 12 is z. B. already provided as a chip, which is an absolute pressure sensor in the present case, with a membrane which is located above an evacuated and sealed cavity and deforms upon application of pressure. Piezo resistors or measuring elements, which measure the deformation of the membrane, are arranged on the membrane.

Die Kontaktstifte 17 werden z. B. mit einer Dicke von 270 μm bereitgestellt. Sie bestehen aus Metall und können vergoldet sein, was die elektrische Kontaktierung erleichtert.The contact pins 17 be z. B. provided with a thickness of 270 microns. They are made of metal and can be gold plated, which facilitates the electrical contact.

Um das Gehäuse 11 bereitzustellen, wird ein möglichst korrosionsbeständiges Metall verwendet, das zugleich einen möglichst geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat.To the case 11 To provide a corrosion resistant metal is used as possible, which also has the lowest possible thermal expansion coefficient.

3 zeigt den ersten Schritt der Montage mit Hilfe eines Montagesockels 31, der z. B. aus Graphit gefertigt ist, das z. B. durch Karbonisierung gehärtet werden kann. Auf den Montagesockel 31 wird das die erste Schicht 13 bildende Trägerelement gelegt. Nun werden die Lotringe 22 im Bereich der Durchführungen 21 für die Kontaktstifte 17 eingelegt. Weiterhin wird der Lotring 16, der zur Verbindung der ersten Schicht 13 mit dem Gehäuse 11 dient, aufgelegt. 3 shows the first step of assembly using a mounting base 31 , the z. B. made of graphite, z. B. can be cured by carbonation. On the mounting base 31 this will be the first shift 13 forming support element laid. Now the solder rings 22 in the field of bushings 21 for the contact pins 17 inserted. Furthermore, the solder ring 16 which is the connection of the first layer 13 with the housing 11 serves, hung up.

In einem weiteren Schritt werden die Kontaktstifte 17 eingeführt, so dass sie sich durch die Durchführungen 21 der ersten Schicht 13 erstrecken, und in Bohrungen im Montagetool 31 positioniert werden. Dadurch sind die Kontaktstifte 17 in ihrer Lage, Ausrichtung und Tiefe exakt positioniert.In a further step, the contact pins 17 Introduced so that they pass through the bushings 21 the first layer 13 extend, and into holes in the assembly tool 31 be positioned. This causes the contact pins 17 accurately positioned in their position, orientation and depth.

4 zeigt das Anbringen des Gehäuses 11 an der ersten Schicht 13. Dazu wird das Gehäuse 11, das an seiner inneren Wandung die Stufe 11a bzw. Abstufung aufweist, auf den Montagesockel 31 und das darauf angeordnete Trägerelement, das die erste Schicht 13 bildet, aufgesetzt. Dabei kontaktiert die Stufe 11a an der Innenseite des Gehäuses 11 die spätere Unterseite der Schicht 13 in einem schmalen Randbereich. An der Kontaktstelle befindet sich der oben beschriebene Lotring 16, dessen Durchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser der ersten Schicht 13 entspricht. 4 shows the attachment of the housing 11 at the first layer 13 , This is the case 11 , the step on its inner wall 11a or gradation, on the mounting base 31 and the support member disposed thereon, the first layer 13 forms, put on. The contacted step 11a on the inside of the case 11 the later bottom of the layer 13 in a narrow border area. At the contact point is the above-described solder ring 16 whose diameter is substantially equal to the outer diameter of the first layer 13 equivalent.

5 zeigt die seitliche Fixierung des Gehäuses 11 mittels einer seitlichen, zylindrischen Montagehalterung 32. Nach der Fixierung und Ausrichtung erfolgt das Verlöten im Vakuum bei ca. 950°C. Zum Verlöten kann das Gehäuse 11 auch mit einem Gewicht beschwert werden. Nach dem Verlöten werden der Montagesockel 31 und die Montagehalterung 32 abgenommen. Das Lot 16 und die Kontaktstifte 17 sind mit dem Trägerelement bzw. der ersten Schicht 13 fest verbunden und gleichzeitig ist das Trägerelement mit dem Gehäuse 11 fest verbunden. 5 shows the lateral fixation of the housing 11 by means of a lateral, cylindrical mounting bracket 32 , After fixation and alignment, soldering takes place in a vacuum at approx. 950 ° C. For soldering, the housing 11 also be weighted with a weight. After soldering, the mounting base 31 and the mounting bracket 32 decreased. The lot 16 and the contact pins 17 are with the carrier element or the first layer 13 firmly connected and at the same time is the support element with the housing 11 firmly connected.

6 zeigt die am Gehäuse 11 befestigte erste Schicht 13 nach Abnehmen des Montagesockels 31 und der Montagehalterung 32. Dabei wird die Anordnung um 180° gedreht. 6 shows the on the housing 11 attached first layer 13 after removing the mounting base 31 and the mounting bracket 32 , The arrangement is rotated by 180 °.

Zur Verbindung der restlichen Komponenten wird ein Material gewählt, das einen wesentlich geringern Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als z. B. das TiCu-Aktivlot, das die erste Schicht 13 mit dem Gehäuse 11 verbindet. Das Material wird derart gewählt, dass die zu versiegelnden Teile gegenüber einer korrosiven Atmosphäre nach außen abgedichtet sind. Vorteilhafterweise wird z. B. Glaslot verwendet, das als Paste aufgetragen werden kann. Bei einer Fertigung in hohen Stückzahlen ist es aber auch möglich, Glaslot in Form vorgefertigter dünner Scheiben aufzulegen.To connect the remaining components, a material is chosen which has a significantly lower coefficient of thermal expansion than z. B. the TiCu active solder, which is the first layer 13 with the housing 11 combines. The material is chosen so that the parts to be sealed are sealed to the outside against a corrosive atmosphere. Advantageously, z. B. glass solder used, which can be applied as a paste. In a production in high quantities, but it is also possible to place glass solder in the form of prefabricated thin slices.

7 zeigt das Gehäuse 11 mit der darin befestigten ersten Schicht 13 und den befestigten Kontaktstiften 17, sowie das auf der ersten Schicht 13 aufgebrachte Glaslot 15. 7 shows the case 11 with the first layer attached therein 13 and the attached contact pins 17 , as well as on the first layer 13 applied glass solder 15 ,

Das Glaslot 15 wird z. B. in Form eines geschlossenen Rings auf die erste Schicht 13 aufgetragen und gegebenenfalls erfolgt eine Vorverglasung z. B. in zwei Schritten, beispielsweise zuerst bei 350°C und dann bei 650°C, jeweils in sauerstoffhaltiger Atmosphäre. Bei vergoldeten Kontaktstiften 17 wird eine Oxidation vermieden. Zur Vermeidung der Oxidation kann auch eine zweite Vorverglasung z. B. in Vakuum oder unter Schutzgas erfolgen.The glass solder 15 is z. B. in the form of a closed ring on the first layer 13 applied and optionally a pre-glazing z. B. in two steps, for example, first at 350 ° C and then at 650 ° C, each in an oxygen-containing atmosphere. For gold plated pins 17 oxidation is avoided. To avoid oxidation, a second pre-glazing z. B. in vacuum or under inert gas.

In analoger Weise wird auf das adaptive Element, das die zweite Schicht 14 bildet, ebenfalls Glaslot aufgetragen, und gegebenenfalls erfolgt eine Vorverglasung in z. B. zwei Schritten.In an analogous way, the adaptive element, which is the second layer 14 forms, also applied glass solder, and optionally a pre-glazing in z. B. two steps.

8 zeigt das Aufsetzen des adaptiven Elements, das die Schicht 14 bildet, auf die erste Schicht 13. Auf der Oberseite des adaptiven Elements befindet sich das zuvor aufgetragene Lot 15 bzw. Glaslot. Nun wird eine Metallisierung 40, beispielsweise Goldpaste auf die Kontaktflächen des Sensorelements 12 und/oder auf die Spitzen der Kontaktstifte 17 aufgetragen. 8th shows the placement of the adaptive element that the layer 14 forms on the first layer 13 , On top of the adaptive element is the previously applied solder 15 or glass solder. Now, a metallization 40 , For example, gold paste on the contact surfaces of the sensor element 12 and / or on the tips of the contact pins 17 applied.

Nun wird das Sensorelement 12 justiert und auf die Kontaktstifte 17 und auf das adaptive Element bzw. die zweite Schicht 14 aufgesetzt, so dass sich der in 2 gezeigte Aufbau ergibt. Die Kontaktflächen des Sensorelements 12 können im Sensorelement versenkt sein oder sich an dessen Unterseite befinden. Das Sensorelement 12 kann auch ohne Versenkungen für die Kontaktstifte 17 ausgeführt sein.Now the sensor element becomes 12 adjusted and on the contact pins 17 and on the adaptive element or the second layer 14 put on so that the in 2 shown construction results. The contact surfaces of the sensor element 12 may be recessed in the sensor element or located on the underside. The sensor element 12 Can also without countersinks for the contact pins 17 be executed.

Bei ca. 700°C werden das Trägerelement 13, das adaptive Element 14 und das Sensorelement 12 verlötet, während gleichzeitig die Kontaktflächen des Sensorelements 12 durch die Metallpaste 40 mit den Kontaktstiften 17 verbunden werden. Zur Vermeidung von Schäden an dem Metallisierungssystem des Sensorelements 12 erfolgt die Verlötung in Vakuum oder unter Schutzgas, beispielsweise Argon.At about 700 ° C, the support element 13 , the adaptive element 14 and the sensor element 12 soldered while at the same time the contact surfaces of the sensor element 12 through the metal paste 40 with the contact pins 17 get connected. To avoid damage to the metallization system of the sensor element 12 the soldering takes place in vacuum or under protective gas, for example argon.

Durch Auswahl von Glaslotpaste und Metallisierungspaste vermischen sich diese nicht, selbst wenn die Glaslotpaste auf dem adaptiven Element bzw. der zweiten Schicht 14 die Metallisierungspaste auf dem Sensorelement 12 überlappt.By selecting glass solder paste and metallizing paste, they do not mix, even if the glass solder paste on the adaptive element or the second layer 14 the metallization paste on the sensor element 12 overlaps.

Durch diese Verlötung sind die oftmals sehr empfindlichen Kontaktflächen des Sensorelements 12 durch das Glaslot vor korrosiver Atmosphäre geschützt, wie sie z. B. in Flugzeugturbinen auftritt. Das Verlöten kann durch Beschweren des Sensorelements 12 unterstützt werden.By this soldering are often very sensitive contact surfaces of the sensor element 12 Protected by the glass solder from corrosive atmosphere as z. B. occurs in aircraft turbines. The soldering can be done by weighting the sensor element 12 get supported.

Wie oben beschrieben, kann anstelle der Metallisierungspaste auch Metallwolle verwendet werden, die z. B. aus einem sehr dünnen Metalldraht, der zu einem Knäuel geformt ist, hergestellt ist. Durch die Federwirkung der Metallwolle wird ein sicherer Kontakt gewährleistet.As described above, instead of Metallisierungspaste also metal wool can be used, the z. B. from a very thin metal wire to a ball Shaped is made. Due to the spring action of the metal wool a secure contact is guaranteed.

Der gesamte hier beschriebene Aufbau oder Teile davon kann z. B. nach dem Verlöten mit einer Schutzschicht überzogen werden, so dass eine weiter verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber korrosiven Medien erzeugt wird. Dazu kann z. B. amorphes Siliziumkarbid abgeschieden werden. Dieses kann bei ca. 650°C in Vakuum getempert werden, so dass sich die mechanischen Verspannungen abbauen.Of the entire structure described here or parts thereof may, for. B. after the soldering covered with a protective layer so that further improved resilience across from corrosive media is generated. This can z. B. amorphous silicon carbide be deposited. This can be annealed at about 650 ° C in vacuum, so that the mechanical tension decreases.

Zur Vermeidung von Kurzschlüssen kann eine nichtleitende Kapillare, z. B. aus AL₂O₃, über die Kontaktstifte 17 gestülpt werden. Dadurch ergibt sich der röhrenartige Behälter 18 (s. 1). An die Kontaktstifte 17 wird beispielsweise ein hochtemperaturstabiles Kabel angeschlossen.To avoid short circuits, a non-conductive capillary, z. B. from AL ₂ O ₃ , via the contact pins 17 be put over. This results in the tubular container 18 (S. 1 ). To the contact pins 17 For example, a high temperature stable cable connected.

Das hier detailliert beschriebene, besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel betrifft einen Drucksensor. Der erfindungsgemäße Aufbau ist jedoch auch für andere Arten von Sensoren und Aktoren geeignet, um eine Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu erreichen. Beispielsweise können auch Gassensoren, Fluss- bzw. Flüssigkeitssensoren oder andere Sensoren mit der erfindungsgemäßen Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten durch den Stapelaufbau ausgestaltet werden. Dadurch werden empfindliche Messelemente vor einer Verformung aufgrund von Verspannungen, die sich unter thermischer Beeinflussung ergeben, geschützt, so dass verbesserte Messergebnisse und eine höhere Zuverlässigkeit erzielt werden.The Here described in detail, particularly preferred embodiment concerns a pressure sensor. However, the structure according to the invention is also for others Types of sensors and actuators suitable for adapting the thermal To achieve expansion coefficients. For example, too Gas sensors, flow or liquid sensors or other sensors with the inventive adaptation of the thermal expansion coefficients be configured by the stack construction. This will be sensitive Measuring elements from deformation due to tension that is under thermal influence, protected, so that improved measurement results and a higher one reliability be achieved.

Zur Bereitstellung des Stapels von Schichten mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist es ebenso möglich, das oben beschriebene Trägerelement aus Lagen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten herzustellen. In diesem Fall kann auf das adaptive Element verzichtet werden. Weiterhin kann der Schichtstapel auch mehr als zwei Schichten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zur schrittweisen Anpassung aufweisen.to Provision of the stack of layers with different coefficients of thermal expansion is it also possible the carrier element described above from layers with different thermal expansion coefficients manufacture. In this case, the adaptive element can be dispensed with become. Furthermore, the layer stack can also have more than two layers with different thermal expansion coefficients for gradual adaptation.

Claims

Temperature-resistant electronic component in the form of a sensor ( 10 ) or actuator with a micromechanical element ( 12 ), which is designed as a sensor or actuator element, a housing ( 11 ), in which the micromechanical element ( 12 ), and contact elements ( 17 ) for electrical connection of the micromechanical element, wherein the micromechanical element ( 12 ) in the housing ( 11 ) on a stack of layers ( 13 . 14 ) is attached with different thermal expansion coefficients, which gradually increases the thermal expansion coefficient of the micromechanical element ( 12 ) on the thermal expansion coefficient of the housing ( 11 ), characterized in that the housing ( 11 ) is formed as a hollow cylinder, on the inside of a stepped shoulder ( 11a ), wherein only the edge of a lower layer ( 13 ) of the stack of layers ( 13 . 14 ) with the micromechanical element ( 12 ) on the stepped shoulder ( 11a ), while the center of the lower layer ( 13 ) floats freely.

Electronic component according to claim 1, characterized in that the stack of layers is a carrier element ( 13 ) and an adaptive element attached thereto ( 14 ), on which the micromechanical element ( 12 ), wherein the thermal expansion coefficient of the adaptive element ( 14 ) between the thermal expansion coefficient of the carrier element ( 13 ) and the thermal expansion coefficient of the micromechanical element ( 12 ) lies.

Electronic component according to claim 1, characterized in that the layers are part of a carrier element ( 13 ), wherein the thermal expansion coefficients of the layers increase stepwise from one side to the other side.

Electronic component according to one of the preceding claims, characterized in that one or more of the layers ( 13 . 14 ) are made of ceramic and formed as discs.

Electronic component according to one of the preceding claims, characterized in that the contact elements ( 17 ) are designed as contact pins that pass through the stack of layers ( 13 . 14 ) and the micromechanical element ( 12 ) to contact.

Electronic component according to claim 5, characterized in that at the bushings ( 21 ) of the contact pins ( 17 ) Solder rings ( 22 ) are provided to the bushings ( 21 ) hermetically seal.

Electronic component according to one of the preceding claims, characterized in that the contact elements ( 17 ) by means of metal wool electrically to the micromechanical element ( 12 ) are connected.

Electronic component according to one of the preceding claims, characterized in that the micromechanical element ( 12 ) sunk arranged contact surfaces for electrical connection of the contact elements ( 17 ) having.

Electronic component according to one of the preceding claims, characterized in that the layers ( 13 . 14 ) with each other and / or with the micromechanical element ( 12 ) by glass solder ( 15 ) are connected.

Electronic component according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 11 ) in its interior an area ( 25 ) passing through the stack of layers ( 13 . 14 ) and the micromechanical element ( 12 ) is hermetically sealed.

Method for producing a sensor or actuator with the steps: providing one as a sensor or actuator element designed micromechanical element ( 12 ); Providing a housing ( 11 ) for the micromechanical element ( 12 ); Providing a first layer ( 13 ) whose coefficient of thermal expansion between the thermal expansion coefficient of the housing ( 11 ) and the thermal expansion coefficient of the micromechanical element ( 12 ) lies; Arranging contact elements ( 17 ) for electrically contacting the micromechanical element ( 12 ); Attaching the first layer ( 13 ) in the housing ( 11 ); Applying a second layer ( 14 ) whose coefficient of thermal expansion between the thermal expansion coefficient of the first layer ( 13 ) and the thermal expansion coefficient of the micromechanical element ( 12 ), to the first layer ( 13 ); and applying the micromechanical element ( 12 ) on the second layer ( 14 ). characterized in that the housing ( 11 ) shaped as a hollow cylinder and in a wall of the housing ( 11 ) a stepped shoulder ( 11a ) is formed, on which the first layer ( 13 ) is arranged such that the edge of the first layer ( 13 ) on the stepped shoulder ( 11a ), while the center of the first layer ( 13 ) floats freely.

Method according to claim 11, characterized in that the first layer ( 13 ) on a mounting base ( 31 ) is arranged, then a wall of the housing ( 11 ) on the mounting base ( 31 ) with the first layer ( 13 ) and then the mounting base ( 31 ) Will get removed.

A method according to claim 11 or 12, characterized in that the contact elements as contact pins ( 17 ) which are in the mounting base ( 31 ) and through the first layer ( 13 ) are passed through.

Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the layers ( 13 . 14 ) with glass solder ( 15 ) are soldered.

Method according to one of claims 11 to 14, characterized in that the contact elements designed as contact pins ( 17 ) the layers ( 13 . 14 ) penetrate vertically and the bushings ( 21 ) with solder rings ( 22 ) are hermetically sealed.

Method according to one of claims 11 to 15, characterized in that the contact elements designed as contact pins ( 17 ) each having one end in the micromechanical element ( 12 ), wherein metal paste and / or metal wool is used for electrical contacting.