PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE602004006270T2 03.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001642365
Titel DREIDIMENSIONALE MINIATURKAPSELUNG FÜR MEMS-SENSOREN
Anmelder Honeywell International Inc., Morristown, N.J., US
Erfinder MACGUGAN, Douglas C., Bellevue, WA 98006, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 602004006270
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 27.02.2004
EP-Aktenzeichen 047158068
WO-Anmeldetag 27.02.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/US2004/006207
WO-Veröffentlichungsnummer 2004079874
WO-Veröffentlichungsdatum 16.09.2004
EP-Offenlegungsdatum 05.04.2006
EP date of grant 02.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse H01R 33/88(2006.01)A, F, I, 20061121, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B81B 7/00(2006.01)A, L, I, 20061121, B, H, EP   

Beschreibung[de]
ERFINDUNGSGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft die Kapselung von Sensoreinrichtungen und Verfahren und insbesondere dreidimensionale Strukturen für die Kapselung von MEMS-(Micro Electro-Mechanical System – mikroelektromechanisches System)-Sensoreinrichtungen.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

MEMS-Trägheitssensoren, einschließlich Beschleunigungsmeßgeräte, Kreisel und Magnetometer, sind im allgemeinen wohlbekannt und kommerziell von der Firma Honeywell International, Incorporated erhältlich, dem Zessionär der vorliegenden Patentanmeldung. Diese MEMS-Trägheitssensoren sind in der Regel als individuelle Einheiten direkt an der zu überwachenden Hoststruktur befestigt. Auch wenn diese direkte Befestigung effektiv ist, stellt sie steigende Forderungen an Präzision und Genauigkeit, mit der die zu überwachende Struktur hergestellt wird, um eine wahre Drei-Achsen-Orientierung zu erreichen. Auch kann man mit der direkten Befestigung an der Hoststruktur nicht die von den MEMS-Sensoren gebotenen Vorteile geringer Größe erzielen. Zudem erfordert Montage und Testen der MEMS-Sensoren Zugang zu und Manipulation der ganzen Hoststruktur. Diese Begrenzungen begrenzen wiederum die Leistung, die von den MEMS-Sensoren erreicht werden kann.

Aus US 6,123,107 ist eine Vorrichtung bekannt zum Befestigen von mikromechanischen Fluidsteuerkomponenten enthält eine Verteilerschnittstellenplatte, adaptierbar zur Verbindung mit einem in einer horizontalen Ebene orientierten Verteilersubstrat. Die Verteilerschnittstellenplatte empfängt Befestigungsstreßkräfte von dem Verteilersubstrat entlang der horizontalen Ebene. Eine orthogonale Komponentenplatte ist mit der Verteilerschnittstellenplatte in einer vertikalen Ebene bezüglich der horizontalen Ebene der Verteilerstruktur verbunden. Die orthogonale Komponentenplatte enthält eine orthogonale Befestigungsoberfläche mit einer daran befestigten mikromechanischen Fluidsteuerkomponente. Die Position der mikromechanischen Fluidsteuerkomponente an der orthogonalen Befestigungsoberfläche isoliert die mikromechanische Fluidsteuerkomponente im wesentlichen von den Befestigungsstreßkräften.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung wie durch Anspruch 1 definiert bereit.

Die Vorrichtung kann die Merkmale eines beliebigen oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 2 bis 6 enthalten.

Die vorliegende Erfindung ist eine dreidimensionale Miniaturkapselungsstruktur zum Befestigen eines oder mehrerer MEMS-Trägheitssensoren, die den Vorteil von MEMS-Sensoren hinsichtlich geringer Größe erfaßt und Begrenzungen des Stands der Technik durch Bereitstellen einer stabilen Basis mit gesunder Substanz zum mechanischen Befestigen der MEMS-Sensoren. Der Baustein stellt ein Mittel bereit zum Transferieren elektrischer Strom- und Betriebssignale zu und von den MEMS-Sensoren. Der Baustein stellt auch Mittel bereit zum Sicherstellen, daß über dynamische Umfelder, die von den MEMS-Trägheitssensoren betrachtet werden, eine maximale Leistung sichergestellt wird.

Die dreidimensionale Bausteinstruktur der Erfindung nimmt einen, zwei oder drei MEMS-Trägheitssensoren in eng beieinanderliegenden orthogonalen Positionen auf. Der strukturelle keramische Baustein stellt ein Befestigen für jede Achse einer dreiachsigen MEMS-Trägheitssensor-Triade auf orthogonalen Seiten eines allgemein kubischen Bausteins bereit, der eine strukturell gesunde Basis für das robuste Befestigen der MEMS-Trägheitssensoren bereitstellt. Diese MEMS-Sensoren werden alternativ getrennt in Chipträgereinrichtungen verkapselt, wie etwa einem keramischen verdrahteten 20-Pin-Chipträger (LCC – leaded chip carrier), und an der dreidimensionalen Bausteinstruktur der Erfindung angebracht. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stellt die dreidimensionale Bausteinstruktur der Erfindung eine direkte Befestigung der MEMS-Sensoren durch herkömmliche Chipbondtechniken bereit.

Dementsprechend stellt eine Ausführungsform der Erfindung eine Vorrichtung bereit zum mechanischen Befestigen eines oder mehrerer MEMS-Sensoren an einer stabilen, strukturell gesunden Basis, wobei die Basis ein allgemein kubischer Block ist, der in einem Substrat ausgebildet ist, mit mehreren im wesentlichen planaren und zueinander orthogonalen Oberflächen, wobei eine erste der Oberflächen zum Drehkoppeln mit einer zu überwachenden Hoststruktur strukturiert ist, eine zweite der Oberflächen für ein mechanisches Befestigen eines MEMS-Sensors strukturiert ist und mehrere elektrische Signalträger zwischen der MEMS-Sensor-Befestigungsoberfläche und mehreren an der koppelnden Oberfläche positionierten elektrischen Grenzflächenkontakten kommunizieren.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Substrat ein keramisches Substrat.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält die für das Drehkoppeln mit einer Hoststruktur strukturierte erste Oberfläche eine diagonal zu der Oberfläche orientierte strukturelle Verzahnung.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält der allgemein kubische Block eine allgemein zylindrische Öffnung, die zwischen der koppelnden Oberfläche und einer Oberfläche des Blocks dort gegenüber kommuniziert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält der allgemein kubische Block weiterhin mehrere zum mechanischen Befestigen eines MEMS-Sensors strukturierte Oberflächen, eine Menge der elektrischen Signalträger kommunizieren mit jeder der MEMS-Sensor-Befestigungsoberflächen und entsprechenden, an der koppelnden Oberfläche positionierten elektrischen Grenzflächenkontakten; und ein MEMS-Sensor ist an jeder der MEMS-Sensor-Befestigungsoberflächen befestigt und ist elektrisch mit den elektrischen Signalträgern gekoppelt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist jeder der MEMS-Sensoren ein in einem hermetisch abgedichteten LCC verkapselter MEMS-Sensor.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält jede der mehreren zum mechanischen Befestigen eines MEMS-Sensors strukturierten Oberflächen einen vertieften Hohlraum, der in einer Oberfläche des Blocks ausgebildet und peripher davon umgeben ist, und eine Abdeckung ist über jedem MEMS-Sensor installiert und an der Oberfläche des Blocks abgedichtet. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Abdichtung zwischen jeder der Abdeckungen und dem Block eine hermetische Abdichtung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorangegangenen Aspekte und viele der damit einhergehenden Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich leichter würdigen, wenn selbige unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden wird. Es zeigen:

1 eine auseinandergezogene bildliche Ansicht einer Drei-Achsen-MEMS-Trägheitssensoreinrichtung, montiert auf einer stabilen, strukturell gesunden mechanischen Befestigungsbasis der Erfindung, verkörpert als ein allgemein kubischer dreidimensionaler Baustein, der für das Befestigen, an orthogonalen Seiten davon, jeder Achse eines Drei-Achsen-MEMS-Trägheitssensors sorgt, wobei die MEMS-Sensoren mit individuellen Abdeckungen hermetisch abgedichtet sind;

2 die dreiachsige MEMS-Trägheitssensoreinrichtung, gedreht, wobei die drei Einrichtungsbefestigungsoberflächen gezeigt sind, wobei zwei der Sensoren durch hermetisch abgedichtete Abdeckungen geschützt sind und der dritte Sensor entfernt ist, so daß die Einrichtungsbefestigungsoberfläche gezeigt ist,

3 die mechanische Befestigungsbasis der Erfindung, verkörpert als eine strukturell gesunde, allgemein zellenförmige dreidimensionale Bausteinstruktur, ausgebildet in einem keramischen Substrat, das thermisch den Substraten angepaßt ist, in denen die MEMS-Trägheitssensoren hergestellt werden;

4 die MEMS-Trägheitssensoreinrichtung der Erfindung, verkörpert als eine Alternative zweiachsige oder Zwei-Achsen-Sensoreinrichtung mit den individuellhermetisch gekapselten MEMS-Sensoren;

5 den zellenförmigen keramischen Baustein der Erfindung, verkörpert, um die in LCC-Bausteinen verkörperten MEMS-Sensoren aufzunehmen, wie in 4 gezeigt und

6 eine alternative Ausführungsform des in 5 gezeigten dreidimensionalen Bausteins, wobei eine oder mehrere Vertiefungen in den relevanten Oberflächen des Bausteins vorgesehen sind, um die elektrischen Leitungen unter der Oberfläche des Bausteinkörpers zu verlegen, wie in 4 gezeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In den Figuren bezeichnen gleiche Zahlen gleiche Elemente.

Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum mechanischen Befestigen eines oder mehrerer MEMS-(Micro Electro-Mechanical System – mikroelektromechanisches System)-Sensoren an einer stabilen, strukturell gesunden Basis, die aus einem allgemein kubischen keramischen Miniaturblock mit zwei oder mehr im wesentlichen orthogonalen Oberflächen ausgebildet ist. Eine der beiden orthogonalen Oberflächen ist zum mechanischen Befestigen eines einzelnen MEMS-Sensoren strukturiert. Mittel sind vorgesehen zum Lenken von Strom-, Masse- und Signalen zwischen jedem des einen oder mehreren MEMS-Sensoren und einer gemeinsamen Oberfläche des Befestigungsbocks zum Koppeln mit einer externen Schaltungsanordnung. Eine der orthogonalen Oberflächen, beispielsweise die gemeinsame Oberfläche, die die externe Schaltungsanordnungsgrenzfläche aufnimmt, enthält eine strukturelle Verzahnung für eine Drehkopplung zwischen einem externen Verzahnungsmechanismus in der zu überwachenden Hoststruktur. Mittel sind vorgesehen zum mechanischen Sichern an der Hoststruktur. Außerdem können Mittel vorgesehen sein für das Abdichten jeder einen oder mehreren MEMS-Sensoreinrichtungen.

1 ist eine auseinandergezogene bildliche Ansicht einer 3-Achsen- oder „dreiachsigen" MEMS-Trägheitssensoreinrichtung mit individuellen MEMS-Trägheitssensoren, an dem dreidimensionalen Baustein der Erfindung befestigt, verkörpert als eine stabile, strukturell gesunde allgemein kubische mechanische Befestigungsbasis. Dementsprechend wird eine Drei-Achsen-MEMS-Trägheitssensoreinrichtung 10 mit drei MEMS-Trägheitssensoren 12 und komplementären Elektronikschaltungen 14 bereitgestellt (200 MOhm-Hauptsignalkonditionierungswiderstände gezeigt), an dem dreidimensionalen Baustein 16 der Erfindung montiert.

Wie unten ausführlicher erörtert wird, ist der dreidimensionale Baustein 16 der Erfindung als ein allgemein zellförmiger Miniaturblock mit einer Bausteingrenzfläche 18 und einer oder mehreren MEMS-Sensor-Befestigungsoberflächen 20, 22, 24 verkörpert. Jede der Sensorbefestigungsoberflächen 20, 22 ist gegenseitig orthogonal zu und zusammenhängend mit der Bausteingrenzfläche 18 strukturiert, und die Sensorbefestigungsoberfläche 24 ist gegenseitig parallel zu und beabstandet von der Bausteingrenzfläche 18 strukturiert. Einer, zwei oder drei der MEMS-Sensoren 12 sind unter Verwendung herkömmlicher, für MEMS-Sensoren geeigneter Chipbondtechniken direkt an dem dreidimensionalen Baustein 16 der Erfindung befestigt.

Das Lenken von Signalen und Strom zu den MEMS-Sensoren erfolgt über herkömmliche Drahtbondtechniken, Bandschweißen oder Flip-Chip-Befestigungsverfahren. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stellt der Einrichtungsbaustein 16 weiterhin eine integrale Metallisierung von Signal- und Strombahnen zu elektrischen Bondpads bereit für das direkte Bonden der MEMS-Trägheitssensor-Triadeneinrichtung 10 zu einer Baugruppe der nächsten Ebene mit der Hoststruktur.

Der Einrichtungsbaustein 16 wird weiter verkörpert mit Mitteln zum Lenken elektrischer Strom-, Masse- und Betriebssignale zwischen den orthogonalen und parallelen Sensorbefestigungsoberflächen 20, 22, 24 und der gemeinsamen Grenzfläche 18 wie dargestellt oder einer anderen gemeinsamen Oberfläche. Beispielsweise sind eine Menge Cipbondpads 25 an einem Chipbondfach 27 vorgesehen, über jeder MEMS-Sensor-Befestigungsoberflächen 20, 22, 24 strukturiert und diese umgebend. Eine Menge elektrischer Bahnen (in den nachfolgenden Figuren deutlicher gezeigt) sind über die Oberflächen 18, 20, 22, 24 oder durch den Körper des Bausteins 16 zu einer Menge elektrischer Schnittstellenkontakte oder „Pad Outs” 26 verlegt, die wie dargestellt als eine Funktion der Sensorbefestigungsoberfläche 20, 22, 24, mit der die elektrischen Kontakte 26 kommunizieren, gruppiert sein können.

Jede der Sensorbefestigungsoberflächen 20, 22, 24 ist fakultativ als der Boden einer Vertiefung oder eines Hohlraums in dem Körper des Bausteins 16 wie dargestellt strukturiert, worin die MEMS-Trägheitssensoren 12 und komplementären Elektronikschaltungen 14 befestigt sind. Dementsprechend können individuelle Abdeckungen oder Deckel 28 über den Sensoren 12 und Schaltungen 14 vorgesehen und klebend oder anderweitig mit den äußeren Oberflächen des Bausteinkörpers 16 gebondet sein. Die Abdeckungen 28 schützen die empfindlichen Komponenten. Zudem enthält gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung der Befestigungsbereich der MEMS-Sensoren 12 eine Vorkehrung für das hermetische Abdichten der Einrichtungen innerhalb der dreidimensional strukturierten Sensorbefestigungshohlräume 20, 22, 24. Beispielsweise wird ein Abschnitt 32 der äußeren Oberflächen des Bausteinkörpers 16 um jede der Sensorbefestigungsoberflächen 20, 22, 24 herum durch herkömmliche Mittel für das hermetische Abdichten zum Anbringen und hermetischen Abdichten der Abdeckungen 28 vorbereitet. Das hermetische Abdichten der Sensoren 12 erfolgt unter Verwendung von Lot- oder Laserbefestigung von metallisierten Deckeln 28 oder einer hermetischen Epoxidabdichtung der Deckel 28 an den vorbereiteten Oberflächen 32.

In die Bausteingrenzfläche 18 ist zum mechanischen Befestigen des Bausteins 16 an einer nicht gezeigten Hoststruktur, die überwacht werden soll, strukturiert. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Bausteingrenzfläche 18 eine strukturelle Verzahnung 30 zum Koppeln mit einem an der Hoststruktur vorgesehenen Verzahnungsmechanismus zur Drehorientierung des Einrichtungsbausteins 16 relativ zu der Hoststruktur.

Nachdem die MEMS-Sensoren 12 an der 3-D-Struktur des Bausteins 16 befestigt sind, stellt die Erfindung die einzigartige Miniatur-MEMS-Trägheitstriade 10 aus orthogonal befestigten Sensoren bereit. Diese Ausführungsform und hierin erörterte alternative Ausführungsformen gestattet, daß die MEMS-Trägheitstriade 10 hinsichtlich Kalibrierung und Test manuell manipuliert wird, oder zur Anbringung an der Hoststruktur für Kalibrierung und Test auf der nächsten Ebene der Baugruppe.

Der Baustein 16 ist alternativ verkörpert mit Mitteln, um ihn mechanisch an der Hoststruktur zu sichern. Wenn beispielsweise gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die MEMS-Trägheitssensoreinrichtung 10 der Erfindung als ein zweiachsiger oder „biaxialer" MEMS-Trägheitssensor mit den an den zwei Sensorbefestigungsoberflächen 20, 22 orthogonal zu und zusammenhängend mit der Bausteingrenzfläche 18 montiert verkörpert ist, ist ein Bolzenloch 32 durch den Körper des Bausteins 16 oder ein anderes geeignetes mechanisches Sicherungsmittel zum mechanischen Sichern des Bausteins 16 an der Hoststruktur vorgesehen.

2 zeigt die triaxiale MEMS-Trägheitssensoreinrichtung 10 so gedreht, daß die drei Sensorbefestigungsoberflächen 20, 22, 24 betrachtet werden. Zwei der Sensoren 12 sind dabei von hermetisch abgedichteten Abdeckungen 28 geschützt und der dritte Sensor 12 so entfernt, daß die Sensorbefestigungsoberflächen 20 sichtbar ist.

3 veranschaulicht die mechanische Befestigungsbasis der Erfindung, verkörpert als die allgemein zellenförmige dreidimensionale Baustein-16-Struktur, ausgebildet in einem keramischen Substrat. Die Wahl von Keramik stellt sicher, daß der Baustein 16 strukturell gesund ist und thermisch gut an das Substratmaterial angepaßt ist, aus dem die MEMS-Sensoren 12 hergestellt werden. Beispielsweise ist das keramische Substrat, in dem der Baustein 16 ausgebildet ist, in einem Aluminiumoxidkeramiksubstrat zur optimalen Anpassung von Wärmeausdehnungskoeffizienten geformt. Der keramische Baustein 16 ist unter Verwendung herkömmlicher Keramikherstellungstechniken konfiguriert. Beispielsweise ist der dreidimensionale Baustein 16 maschinell aus einer massiven Keramik wie etwa MACOR® hergestellt, einer maschinell bearbeitbaren Keramik, die kommerziell von Corning Incorporated erhältlich ist. Alternativ wird der dreidimensionale Baustein 16 aus einer formbaren Keramik geformt unter Verwendung von herkömmlichen HTCC-(high temperature ceramic co-firing)- oder LTCC-(low temperature ceramic co-firing)-Techniken aufgebaut. Die Herstellungstechnik wird als eine Funktion von speziellen Details des Bausteindesigns und einer bestimmten Ausführungsform ausgewählt, die als Funktion der in die Einrichtung 10 integrierten MEMS-Sensoren bestimmt werden. LTCC- und HTCC-Sintertechniken gestatten eine Metallisierung der elektrischen Strom- und Signalbahnen während der Herstellung. Alternativ kann eine Metallisierung der elektrischen Strom- und Signalbahnen unter Verwendung von Dünnfilmabscheidungs- oder Dickfilmdrucktechniken implementiert werden.

Der keramische Baustein 16 wird mit den mehreren im wesentlichen zueinander orthogonalen und parallelen Oberflächen 18, 20, 22, 24 hergestellt, wobei die Oberflächen 20, 22, 24 jeweils groß genug und entsprechend strukturiert sind zum mechanischen Befestigen eines einzelnen MEMS-Sensors 12 und fakultativ der betreffenden Elektronikschaltungen 14. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der keramische Baustein 16 mit Abdeckungsbefestigungsoberflächen 34, 36, 38 versehen, die die vertieften Sensorbefestigungsoberflächen 20, 22, 24 vollständig umgeben und darüber beabstandet sind. Die MEMS-Sensoroberflächen 20, 22, 24 sind ausreichend unter den jeweiligen umgebenden Oberflächen 34, 36, 38 beabstandet, um zu gestatten, daß die Abdeckungen 28 mit den jeweiligen Abdeckungsbefestigungsoberflächen 34, 36, 38 in Eingriff stehen, ohne die MEMS-Sensoren 12 oder Elektronikschaltungen 14 zu stören. Die Abdeckungsbefestigungsoberflächen sind ausreichend planar, um eine hermetische Abdichtung der Abdeckungen 28 zu gestatten, und werden durch herkömmliche Mittel für das hermetische Abdichten der Abdeckungen 28 hergestellt, wie hierin erörtert.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält der keramische Baustein 16 strukturelle Merkmale zum Verzahnen der MEMS-Sensortriade 10 in Ausrichtung und Drehorientierung mit der Hoststruktur sowohl für das Optimieren der Leistung als auch für die Erleichterung der Montage. Beispielsweise enthält die Bausteingrenzfläche 18 die strukturelle Verzahnung 30 für verkörpert beispielsweise und ohne Beschränkung als ein oder mehrere im wesentlichen rechteckige Blöcke 40, 42 mit einer kombinierten Längenstruktur zum Sicherstellen einer adäquaten Drehorientierung relativ zu der Hoststruktur beim Zusammenstecken mit einer entsprechenden Keilnut darin. Zudem ist die strukturelle Verzahnung 30 relativ zu den MEMS-Sensor-Befestigungsoberflächen 20, 22 orthogonal zu der Bausteingrenzfläche 18 orientiert, um eine Orientierung zu der Hoststruktur zu optimieren. Beispielsweise wird die Strukturverzahnung 30 diagonal zu der Grenzfläche 18 gedreht, das heißt unter etwa 45° von jeder der orthogonalen Sensorbefestigungsoberflächen 20, 22.

Die Bausteingrenzfläche 18 ist fakultativ als eine versetzte Oberfläche relativ zu einem entlasteten Oberflächenabschnitt 44 verkörpert, auf dem die elektrischen Schnittstellenkontakte 26 wie unten erörtert vorgesehen sein können. Eine Störung mit einer bündigen Oberfläche-zu-Oberfläche-Grenzfläche wird dadurch vermieden.

Das Mittel zum mechanischen Sichern des keramischen Bausteins 16 an der Hoststruktur, wie etwa Bolzenloch 32 oder andere geeignete mechanische Sicherungsmittel, ist in ausgewogener Ausrichtung auf den zellenförmigen keramischen Baustein 16 vorgesehen. Beispielsweise verläuft das als ein Bolzenblock 32 verkörperte Sicherungsmittel durch die geometrische Mitte der kubischen Struktur zwischen der Bausteingrenzfläche 18 und der entgegengesetzten Bausteinoberfläche 24. Eine derartige Ausrichtung stabilisiert im allgemeinen den keramischen Baustein relativ zu der Hoststruktur bei Sicherung durch ein nicht gezeigtes Sicherungselement durch das Bolzenloch 32 in einen mit einem Gewinde versehenen Empfänger in der entsprechenden Oberfläche der Hoststruktur.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird unbenutztes Volumen des keramischen Bausteins 16 durch abgeschrägte Ecken 46, 48 eliminiert, die auch das Befestigen an der Hoststruktur unterstützen durch Bereitstellen von Spielräumen für maschinell bearbeitete Oberflächen wie etwa Innenradien. Abgeschrägte Ecken 46, 48 können auch einen Spielraum für einen Kabelbaum innerhalb der Hoststruktur bereitstellen. Andere Randoberflächen 50 des zellenförmigen keramischen Bausteins 16 sind ebenfalls abgeschrägt oder auf andere Weise entlastet, um Innenradien zu berücksichtigen, die in der Hoststruktur aufgrund der inhärenten Begrenzungen von maschinellen Verarbeitungsund anderen Herstellungsprozessen vorliegen können.

4 veranschaulicht die MEMS-Tragheitssensoreinrichtung 10 der Erfindung, verkörpert als eine alternative biaxiale zu oder 2-Achsen-Sensoreinrichtung mit individuell hermetisch gekapselten MEMS-Trägheitssensoren 52. Der zellenförmige keramische Baustein der Erfindung ist dementsprechend alternativ so verkörpert, daß er Vorkehrungen enthält zum Befestigen der individuell hermetisch gekapselten MEMS-Sensoren 52 auf seiner 3-D-Struktur. Die MEMS-Einrichtungen 52 sind beispielsweise individuell hermetisch in keramischen Chipträgern einer entsprechenden Konfiguration gekapselt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die MEMS-Einrichtungen 52 in einem wohlbekannten 20-Pin-LCC (leaded chip carrier) konfiguriert. Die in 4 dargestellte Ausführungsform gestattet dementsprechend das Befestigen eines „Known Good Die" (KGD) an dem keramischen Baustein 16. Diese Ausführungsform gestattet auch das Überarbeiten der MEMS-Sensoren 52 als individuelle Entitäten. In Betrieb werden KGD vor einer Installation auf dem keramischen 3-D-Baustein 16 getestet oder kalibriert. Signal- und Stromleitungen sind in diese alternativen Ausführungsformen integriert.

Die Sensorbefestigungsoberflächen 20, 22 orthogonal zu und zusammenhängend mit der Grenzfläche 18 sind strukturiert, um die die MEMS-Einrichtungen enthaltenden LCC-Bausteine aufzunehmen. Beispielsweise sind die vertieften Sensorbefestigungsoberflächen 20, 22 für die gemeinsame Grenzfläche 18 offen, um die LCC-Bausteine aufzunehmen. Weil die LCC-Bausteine individuell hermetisch abgedichtet sind, brauchen keine Vorkehrungen für das Anbringen und hermetische Abdichten unabhängiger Einrichtungsabdeckungen 28 getroffen zu werden, wie in 1 und 2 beschrieben. Elektrische Strom-, Masse- und Betriebssignalleitungen werden wie dargestellt über externe Oberflächen des Bausteins 16 an die Schnittstellenkontakte 26 gebracht.

5 veranschaulicht den zellenförmigen keramischen Baustein 16 der Erfindung, verkörpert zum Aufnehmen der MEMS-Sensoren 52, verkörpert in LCC-Bausteinen, wie in 4 gezeigt. Dementsprechend sind, wie in 5 verkörpert, die vertieften Sensorbefestigungsoberflächen 20, 22 an dem Rand zusammenhängend mit dem entlasteten Abschnitt 44 der Bausteingrenzfläche 18 offen. Der Baustein 16 nimmt dadurch die externe Verlegung der elektrischen Strom-, Masse- und Signalleitungen ohne Störung auf.

6 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform des in 5 gezeigten dreidimensionalen Bausteins 16, wobei eine Menge Vertiefungen 54 in den relevanten Oberflächen des Bausteins 16 zum Verlegen der elektrischen Leitungen unter der Bausteinkörperoberfläche vorgesehen sind, wie in 4 gezeigt. Die elektrischen Leitungen sind dadurch vor Beschädigung geschützt, die ansonsten Kommunikation mit den montierten MEMS-Einrichtung 52 unterbrechen könnte.


Anspruch[de]
Vorrichtung zum Befestigen eines oder mehrerer MEMS-(Micro Electro-Mechanical System-Mikroelektromechanisches System)-Sensoren, wobei die Vorrichtung folgendes umfaßt:

Mittel zum orthogonalen Orientieren jeder von einer oder mehreren MEMS-Sensor-Befestigungsoberflächen relativ zu einer gemeinsamen Grenzoberfläche,

Mittel zum Lenken elektrischer Strom-, Masse- und Betriebssignale zwischen allen Sensorbefestigungsoberflächen und der gemeinsamen Grenzfläche und

Mittel zum Drehkoppeln der gemeinsamen Grenzfläche mit einem externen Verzahnungsmechanismus.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend Mittel zum mechanischen Sichern der gemeinsamen Grenzfläche an einer zu überwachenden Hoststruktur. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen an einer oder mehreren der Sensorbefestigungsoberflächen befestigten MEMS-Sensor, wobei jeder der MEMS-Sensoren elektrisch an die Mittel zum Lenken elektrischer Strom-, Masse- und Betriebssignale gekoppelt ist. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 3, weiterhin umfassend Mittel zum hermetischen Abdichten jedes der einen oder mehreren MEMS-Sensoren. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum orthogonalen Orientieren jeder von einer oder mehreren MEMS-Sensor-Befestigungsoberflächen relativ zu einer gemeinsamen Grenzfläche weiterhin Mittel umfaßt zum Befestigen jedes des einen oder der mehreren MEMS-Sensoren unter einer Strukturoberfläche eines allgemein kubischen keramischen Befestigungsblocks. Montagevorrichtung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend Mittel zum hermetischen Abdichten jedes des einen oder der mehreren MEMS-Sensoren.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com