Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Temperatursensorelement zum Verbinden mit einem elektronischen Bauelement oder einer elektronischen Baugruppe. Auch betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Transport eines Temperatursensorelements und ein Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensorelements.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Temperatursensorelemente zum Verbinden mit einem elektronischen Bauelement oder einer elektronischen Baugruppe bekannt. Derartige Temperatursensorelemente können beispielsweise auf Leiterplatten, zum Beispiel auf keramischen Leiterplatten vom Typ Direct Copper Bonded, DCB, mittels Sintern oder Kleben angeordnet werden.

Ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten Baugruppen wird in der DE 10 2010 050 315 C5 beschrieben. Hier wird ein Temperatursensorelement mit einer sinterfähigen Metallisierung an der Unterseite eines Substrats auf ein elektronisches Bauelement aufgesintert. Das Temperatursensorelement hat auf der Oberseite des Substrats eine Leiterbahnanordnung mit Kontaktflächen zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbahnanordnung. Die Leiterbahnanordnung dient als thermisch empfindlicher Widerstand. Die Kontaktflächen auf der Oberseite des Substrats können, beispielsweise mittels eines Bonddrahtes, elektrisch kontaktiert werden.

Allerdings haben die aus dem Stand der Technik bekannten Temperatursensorelemente den Nachteil, dass die Temperatursensorelemente vor dem Anordnen auf den elektronischen Bauelementen, das üblicherweise auf einer der Herstellung der Temperatursensorelemente nachgelagerten Wertschöpfungsstufe stattfindet, einzeln mit einem Verbindungsmittel, beispielsweise mit einer Sinterpaste oder mit einem Klebstoff versehen werden müssen. Dies erfordert einen zusätzlichen Arbeitsschritt. Weiterhin können die Temperatursensorelemente während dem Anordnen des Verbindungsmittels beschädigt oder sogar zerstört werden. Weiterhin können die Temperatursensorelemente während des Transports zum Anordnen auf den elektronischen Bauelementen verrutschen oder beschädigt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Temperatursensorelement bereitzustellen, das die Nachteile des Stands der Technik überwindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Temperatursensor gemäß des Gegenstands des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Temperatursensorelement zum Verbinden mit einem elektronischen Bauelement oder einer elektronischen Baugruppe, weist hierfür auf:

zumindest ein elektrisch isolierendes Substrat;

zumindest eine Sensorstruktur mit Kontaktflächen zur Kontaktierung der Sensorstruktur angeordnet zumindest bereichsweise auf einer ersten Seite des elektrisch isolierenden Substrats; und

(i) zumindest einen Klebstoff zumindest teilweise vorappliziert auf einer zweiten Seite des elektrisch isolierenden Substrats, wobei die erste Seite der zweiten Seite gegenüberliegt, oder

(ii) zumindest eine Metallisierungsschicht angeordnet zumindest bereichsweise auf der zweiten Seite des elektrisch isolierenden Substrats, und zumindest eine Sinterpaste zumindest teilweise vorappliziert auf der Metallisierungsschicht.

Der Begriff„Substrat“ kann verwendet werden, um ein elektrisch isolierendes Trägermaterial für eine Sensorstruktur zu bezeichnen. Die Oberflächen der ersten und zweiten Seite des Substrats können im Wesentlichen planar ausgestaltet sein.

Erfindungsgemäß ist zumindest eine Sensorstruktur mit Kontaktflächen zur Kontaktierung der Sensorstruktur zumindest bereichsweise auf einer ersten Seite des elektrisch isolierenden Substrats angeordnet. In diesem Zusammenhang kann eine„Sensorstruktur“ als eine Struktur verstanden werden, die angepasst ist einen Temperaturwert direkt oder indirekt zu erfassen. Beispielsweise kann die Sensorstruktur ein auf das Substrat aufgedampftes Widerstandsnetzwerk sein. Die Kontaktflächen zur Kontaktierung der Sensorstruktur können aus leitfähigem Material ausgebildet sein, beispielsweise aus dem gleichen Material wie auch die Sensorstruktur selbst. Beispielsweise kann jeweils eine Kontaktfläche an den Enden der Sensorstruktur angeordnet sein, um einen elektrischen Widerstand zwischen den beiden Kontaktflächen zu messen. Die Metallisierungsschicht kann beispielsweise eine Goldschicht, eine Silberschicht oder eine Metalllegierung sein, die auf der zweiten Seite des Substrats angeordnet, beispielsweise aufgedampft oder in Dickschichttechnik aufgebracht, ist.

Erfindungsgemäß ist:

(i) zumindest ein Klebstoff zumindest teilweise vorappliziert auf einer zweiten Seite des elektrisch isolierenden Substrats, wobei die erste Seite der zweiten Seite gegenüberliegt, oder

(ii) zumindest eine Metallisierungsschicht angeordnet zumindest bereichsweise auf der zweiten Seite des elektrisch isolierenden Substrats, und zumindest eine Sinterpaste ist zumindest teilweise vorappliziert auf der Metallisierungsschicht.

Unter einem vorapplizierten Klebstoff oder eine vorapplizierte Sinterpaste kann im Sinne der Erfindung ein Verbindungsmittel verstanden werden, welches bereits vorab auf der zweiten Seiten des Substrats oder auf der Metallisierungsschicht angeordnet werden kann und im Wesentlichen positionstreu darauf gehalten wird. Beispielsweise kann ein solches Verbindungsmittel als Verbindungsmittelschicht vorappliziert werden.

Mit der Erfindung ist es erstmalig gelungen ein Temperatursensorelement herzustellen, das eine gute Transportierbarkeit des Temperatursensorelements samt vorappliziertem Verbindungsmittel ermöglicht.

Durch das Vorapplizieren des Verbindungsmittels noch vor dem Transport zu dem Endverarbeiter, kann das Applizieren des Verbindungsmittels in der Fertigung des Endverarbeiters entfallen, so dass Prozesszeit und Prozesskosten bei diesem eingespart werden können.

Beispielsweise kann es sich bei dem vorapplizierten Verbindungsmittel um einen nur teilweise ausgehärteten, nicht vollständig chemisch vernetzten, hochviskosen Klebstoff handeln, welcher mittels Wärmebehandlung, beispielsweise durch induktive Erwärmung, während des letztendlichen Verbindens mit einem elektronischen Bauelement oder einer elektronischen Baugruppe vollständig aushärtbar und chemisch vernetzbar ist. Alternativ dazu kann es sich bei dem vorapplizierten Verbindungsmittel um eine Sinterpaste handeln, welche durch Erhitzen, beispielsweise nach dem Aufträgen der Sinterpaste, vorgetrocknet wird. Als Sinterpaste kann beispielsweise die in EP 2 428 293 B1 beschriebene Sinterpaste verwendet werden. In einem Beispiel sind die Kontaktflächen angepasst zur elektrischen Kontaktierung der Sensorstruktur, und die Kontaktflächen sind auf der ersten Seite des elektrisch isolierenden Substrats angeordnet.

Eine Anordnung der Kontaktflächen auf der ersten Seite des elektrisch isolierenden Substrats ermöglicht eine bessere Kontaktierbarkeit der Kontaktflächen, beispielsweise mittels eines Bonddrahtes. In alternativen Beispielen können aber beide oder jeweils nur eine Kontaktfläche auch an der Seite des Substrats angeordnet sein.

In noch einem weiteren Beispiel ist zumindest eine Passivierungsschicht zumindest bereichsweise auf der Sensorstruktur angeordnet, bevorzugt vollflächig angeordnet auf der ersten Seite des Substrats.

Als Passivierungssicht kann eine reaktionsträge Schicht verstanden werden, die auf der Sensorstruktur angeordnet ist. Vorteilhaft kann durch Passivierung ein stark verringertes Reaktionsvermögens an der Oberfläche der Sensorstruktur erreicht werden. Somit kann, wegen des verringerten Reaktionsvermögens an der Oberfläche der Sensorstruktur, das Temperatursensorelement mit einer hohen Genauigkeit über lange Zeiträume hinweg betrieben werden.

Beispielsweise kann die Passivierungsschicht zumindest ein Polyimidmaterial, ein Glasmaterial, ein Keramikmaterial und/oder ein Glaskeramikmaterial umfassen.

In einem Beispiel umfasst die Sinterpaste eine Silbersinterpaste, und die Sinterpaste ist auf der Metallisierungsschicht vorappliziert mittels Schablonendruck, Siebdruck, Jetprinting, Dispensen, oder Transferdruck.

Das Aufbringen der Sinterpaste auf der Metallisierungsschicht kann beispielsweise mit einer vorbestimmten Struktur erfolgen, wobei die vorbestimmte Struktur passgenau zur Struktur des Substrats sein kann. Mittels der genannten Drucktechniken kann die Sinterpaste mit einer derartigen Form bzw. mit einer derartigen Struktur aufgebracht werden, die der Form bzw. der Struktur des Substrats, bzw. des strukturierten Substrats entspricht, so dass beim Verbinden mit einem elektronischen Bauelement oder einer elektronischen Baugruppe die Sinterpaste passgenau auf- bzw. angebracht werden kann. In einem weiteren Beispiel umfasst der Klebstoff einen„B-stage“ oder„pre-dried“ Adhesive, und der Klebstoff ist auf der zweiten Seite des elektrisch isolierenden Substrats vorappliziert mittels Schablonendruck, Siebdruck, Jetprinting, Dispensen, oder Transferdruck.

Unter „B-stage“ oder „pre-dried“ Adhesives sind Klebstoffe zu verstehen, die aus einem Einkomponentensystem bestehen, insbesondere auf Basis von Epoxyverbindungen und die ihre Reaktivität über einen längeren Zeitraum behalten. Die Aushärtung des Klebstoffes erfolgt nach Positionierung der zu verklebenden Komponenten durch Wärme und Druck.

In einem Beispiel umfasst das Substrat zumindest ein keramisches Isolationsmaterial, insbesondere Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliciumcarbid, ein Glassandwichmaterial, oder ein Leiterplattenmaterial.

Vorteilhaft bieten keramische Isolationsmaterialien eine Kombination aus hervorragenden mechanischen, chemischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften.

In einem weiteren Beispiel umfasst die Metallisierungsschicht zumindest ein Goldmaterial, ein Silbermaterial, oder eine Metalllegierung.

In noch einem Beispiel weist die Sensorstruktur zumindest ein Widerstandselement auf, wobei das Widerstandselement durch eine Dünnschicht aus Platin oder einer Platinlegierung gebildet ist.

In noch einem Beispiel weist die Sensorstruktur zumindest ein Widerstandselement auf, wobei das Widerstandselement durch eine Dickschicht, die zum Beispiel durch Siebdruck oder Inkjetdruck strukturiert aufgebracht wird und die aus Platin oder einer Platinlegierung gebildet ist.

Beispielsweise kann die Sensorstruktur als PT100 oder PT1000 ausgebildet sein und als Messeffekt die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der Temperatur bei Platin anwenden. In einem weiteren Beispiel weist die Sensorstruktur andere metallische Schichten auf, deren elektrischer Widerstand sich mit der Temperatur ändert, insbesondere Nickel, Molybdän, Gold, Silber, Kupfer oder Metalllegierungen.

In einem weiteren Beispiel weist die Sensorstruktur Volumenstrukturen oder Volumenkörper auf mit thermoresistiven Eigenschaften, insbesondere oxidmetallische Körper oder Schichtaufbauten.

Die Erfindung schlägt auch ein System zum Transport eines Temperatursensorelements vor, aufweisend:

zumindest ein Temperatursensorelement zum Verbinden mit einem elektronischen Bauelement oder einer elektronischen Baugruppe, aufweisend:

zumindest ein Temperatursensorelement zum Verbinden mit einem elektronischen Bauelement oder einer elektronischen Baugruppe, aufweisend:

zumindest ein elektrisch isolierendes Substrat,

zumindest eine Sensorstruktur mit Kontaktflächen zur Kontaktierung der Sensorstruktur angeordnet zumindest bereichsweise auf einer ersten Seite des elektrisch isolierenden Substrats, und

(i) zumindest einen Klebstoff zumindest teilweise vorappliziert auf einer zweiten Seite des elektrisch isolierenden Substrats, wobei die erste Seite der zweiten Seite gegenüberliegt, oder

(ii) zumindest eine Metallisierungsschicht angeordnet zumindest bereichsweise auf der zweiten Seite des elektrisch isolierenden Substrats, und zumindest eine Sinterpaste zumindest teilweise vorappliziert auf der Metallisierungsschicht; und

zumindest ein Trägerelement, wobei das Trägerelement zumindest teilweise mit dem vorapplizierten Klebstoff oder der vorapplizierten Sinterpaste in Kontakt steht.

Das in dem System verwendete Temperatursensorelement kann ein Temperatursensorelement gemäß der zuvor definierten Erfindung und in den Beispielen der zuvor definierten Erfindung sein.

Damit der vorapplizierte Klebstoff oder die vorapplizierte Sinterpaste während des Transports und Handlings des Temperatursensorelements positionstreu auf diesem verbleibt steht das Trägerelement zumindest teilweise mit dem vorapplizierten Klebstoff oder der vorapplizierten Sinterpaste in Kontakt. Hierbei kann beispielsweise ein Anordnen des Temperatursensorelements auf dem Trägerelement verstanden werden oder das Vereinzeln von vielen parallel gefertigten Temperatursensorelementen aus einem Nutzen.

Vorteilhaft bietet der vorapplizierte Klebstoff oder die vorapplizierte Sinterpaste eine ausreichende Haltekraft des Temperatursensorelements auf dem Trägerelement, bis der vorapplizierte Klebstoff oder die vorapplizierte Sinterpaste eine ausreichende Haftfestigkeit bei der letztendlichen Anbringung des Temperatursensorelements auf dem elektronischen Bauelement oder der elektronischen Baugruppe während der Fertigung aufbaut.

Das Temperatursensorelement bzw. eine Anordnung mit mehreren Temperatursensorelementen kann auf dem Trägerelement, beispielsweise einem Film-Frame bereitgestellt werden. In einer derartigen Lieferform kann es direkt in einem nächsten Prozess bzw. Verfahrensschritt vom Film-Frame entnommen und auf einem elektronischen Bauelement oder einer elektronischen Baugruppe, gesintert oder geklebt werden. Dies entspricht der sogenannten Pick & Place-Technologie. Das bedeutet, dass das Temperaursensorelement mit Hilfe einer Robotik bzw. einer Greifvorrichtung oder einer Düse bzw. einer Ansaugvorrichtung vom Träger bzw. dem Film-Frame gelöst und zu dem entsprechenden elektronischen Bauelement oder der elektronischen Baugruppe transportiert werden kann.

In einem Beispiel weist das System eine Vielzahl von Temperatursensorelementen auf, wobei das Trägerelement, zumindest teilweise auf dem vorapplizierten Klebstoff oder der vorapplizierten Sinterpaste angeordnet ist. Beispielsweise kann diese Vielzahl mehrere hundert oder auch tausend Temperatursensorelemente umfassen, die bereits strukturiert auf dem Trägerelement angeordnet sind.

In noch einem Beispiel umfasst das Trägerelement zumindest eine Transferfolie oder einen Wafer-Frame.

Beispielsweise kann eine Folie, mit oder ohne einstellbarer Klebekraft in einem Rahmen, wie einem Film-Frame, gespannt sein. Auch kann die Folie endlos auf einem Spulenträger gewickelt sein. Beispielsweise kann es sich bei der Transferfolie um eine UV-Folie handeln. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines

Temperatursensorelements zum Verbinden mit einem elektronischen Bauelement oder einer elektronischen Baugruppe, aufweisend:

Bereitstellen zumindest ein elektrisch isolierendes Substrat;

Anordnen zumindest eine Sensorstruktur mit Kontaktflächen zur Kontaktierung der

Sensorstruktur zumindest bereichsweise auf einer ersten Seite des elektrisch isolierenden Substrats; und

(i) Vorapplizieren zumindest einen Klebstoff zumindest teilweise auf einer zweiten Seite des elektrisch isolierenden Substrats, wobei die erste Seite der zweiten Seite gegenüberliegt, oder

(ii) Anordnen zumindest eine Metallisierungsschicht zumindest bereichsweise auf der zweiten Seite des elektrisch isolierenden Substrats, und

Vorapplizieren zumindest eine Sinterpaste zumindest teilweise auf der Metallisierungsschicht. In einem Beispiel weist das Verfahren auf:

Anordnen des Temperatursensorelements auf zumindest einem Trägerelement, wobei das Trägerelement zumindest teilweise mit dem vorapplizierten Klebstoff oder der vorapplizierten Sinterpaste in Kontakt steht. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen erläutert sind.

Dabei zeigt:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines Temperatursensorelements gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 eine schematische Ansicht eines Temperatursensorelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 3 eine schematische Ansicht eines Systems zum Transport eines

Temperatursensorelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Figur 4 eine schematische Ansicht eines Temperatursensorelements gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung verbunden mit einem elektronischen Bauelement.

In Figur 1 wird eine schematische Ansicht eines Temperatursensorelements 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das gezeigte Temperatursensorelement 1 weist ein Substrat 3 auf, mit einer auf einer ersten Seite des Substrats 3 angeordneten Sensorstruktur 7. In Figur 1 wird die Sensorstruktur 7 als mäanderförmig verlaufende Leiterbahn zwischen zwei Kontaktflächen 5a, 5b gezeigt. In nicht gezeigten Ausführungsformen kann die Sensorstruktur auch anders ausgestaltet sein, zum Beispiel können die Windungen ineinander liegend angeordnet sein, um auf engem Raum eine größere Strecke zurücklegen zu können und damit einen bestimmten Widerstand zu erzielen.

Die Sensorstruktur 7 kann aus Platin hergestellt sein und als PT100 oder PT1000 verwendet werden. Auf der Sensorstruktur 7 kann, in nicht gezeigten Ausführungsformen, eine Passivierungsschicht, beispielsweise aus Glas, angeordnet werden, welche die Sensorstruktur vor funktionsbeeinträchtigenden Umgebungseinflüssen schützt.

Das Substrat 3 kann aus einem keramischen Isolationsmaterial, insbesondere aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid, einem Glassandwichmaterial, oder einem Leiterplattenmaterial gebildet sein und als Träger für die Sensorstruktur 7 dienen. In der gezeigten Ausführungsform ist das Substrat 3 elektrisch isolierend ausgestaltet und isoliert die Sensorstruktur 7 von dem elektronischen Bauelement oder der elektronischen Baugruppe (nicht gezeigt in Figur 1 ), auf dem das Substrat 3 befestigt wird. In nicht gezeigten Ausführungsformen kann das Substrat 3 aber auch zumindest bereichsweise elektrisch leitend ausgestaltet sein, damit eine Kontaktfläche an einer zweiten Seite des Substrats 3, welcher der ersten Seite gegenüberliegt, angeordnet werden.

In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ist auf der zweiten Seite des Substrats 3 eine Metallisierungsschicht 9 angeordnet, auf der wiederum eine vorapplizierte Sinterpaste 1 1 angeordnet ist. Die Sinterpaste 1 1 kann auf der Metallisierungsschicht 9 beispielsweise mittels Schablonendruck, Siebdruck, Jetprinting, oder Dispensen vorappliziert werden. Nach dem Anordnen kann die vorapplizierte Sinterpaste 1 1 zunächst vorgetrocknet werden, bevor das Temperatursensorelement 1 weiterverarbeitet werden kann. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Tempersensorelementen auf einem einzigen Substrat aufgebaut werden und mittels Sägen, Laserschneiden, usw. vereinzelt werden.

Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Temperatursensorelements V gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass keine Metallisierungsschicht an dem Substrat 3‘ angeordnet ist. Auch ist in der gezeigten Ausführungsform keine vorapplizierte Sinterpaste vorhanden. Stattdessen ist in der gezeigten Ausführungsform ein Klebstoff 12 auf der zweiten Seite des elektrisch isolierenden Substrats 3‘ vorappliziert.

In Figur 3 wird eine schematische Ansicht eines Systems 13 zum Transport eines

Temperatursensorelements 1 a bis 1 n gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die in Figur 3 gezeigten Temperatursensorelemente 1 a bis 1 n können baugleich mit dem in Figur 1 gezeigten Temperatursensorelement 1 sein. Alternativ können aber auch

Temperatursensorelemente verwendet werden, wie sie in Figur 2 gezeigt sind. In dem in Figur 3 gezeigten System 13 sind mehrere Temperatursensorelemente 1 a bis 1 n benachbart auf einem Trägerelement 15 angeordnet.

Das gezeigte Trägerelement 15 kann beispielsweise ein Film-Frame sein. In einer derartigen Lieferform können die Temperatursensorelements 1 a bis 1 n in einem Prozess bzw. Verfahrensschritt beim Endverarbeiter vom Film-Frame entnommen werden und auf einem elektronischen Bauelement oder einer elektronischen Baugruppe gesintert oder geklebt werden. Beispielsweise können die Temperatursensorelements 1 a bis 1 n mit Hilfe einer Robotik bzw. einer Greifvorrichtung oder einer Düse bzw. einer Ansaugvorrichtung (nicht gezeigt) vom Trägerelement 15 bzw. dem Film-Frame gelöst werden und zu dem entsprechenden elektronischen Bauelement oder der elektronischen Baugruppe transportiert werden. Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht eines Temperatursensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung verbunden mit einem elektronischen Bauelement 17. Das Temperatursensorelement 1 kann baugleich mit dem in Figur 1 gezeigten Temperatursensorelement 1 sein. In der gezeigten Ausführungsform ist das

Temperatursensorelement 1 auf dem elektronischen Bauelement 17 aufgesintert und die Kontaktflächen sind mittels Bonddrähten 19a, 19b kontaktiert. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann das Temperatursensorelement auch auf das elektronische Bauelement aufgeklebt sein.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Figuren dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.

Bezuaszeichenliste

1 , 1 a - 1 n, 1‘ T emperatursensorelement

3, 3‘ Substrat

5a, 5b, 5a‘, 5b‘ Kontaktflächen

7, 7‘ Sensorstruktur

9 Metallisierungsschicht

1 1 Sinterpaste

12 Klebstoff

13 System zum Transport

15 Trägerelement

17 elektronisches Bauelement

19a, 19b Bonddrähte