Anwendungsanalyse luftdichter Verpackungen im Sensorbereich

1. Warum muss der Sensor versiegelt werden?

Sensoren sind die „Augen“, die physikalische Größen wahrnehmen. Sensorchips reagieren jedoch äußerst empfindlich auf ihre Umgebung – Feuchtigkeit kann dazu führen, dass bewegliche MEMS-Teile kleben bleiben, und korrosive Gase können dazu führen, dass Infrarotdetektorchips driften.

Luftdichte Verpackungen lösen drei Kernprobleme:

Erstens blockiert es Feuchtigkeit und korrosive Gase und schützt so die Langzeitstabilität des Wafers.

Zweitens sorgt es für eine stabile Innenatmosphäre – einige Sensoren müssen mit hochreinem Stickstoff oder Inertgasen gefüllt werden und nur eine versiegelte Verpackung kann die Innenatmosphäre unverändert halten.

Drittens sorgt es für eine elektrische Durchführung – die Durchführungsstruktur überträgt das Sensorsignal von der Innenseite des abgedichteten Hohlraums nach außen, ohne die Luftdichtheit zu beeinträchtigen.

Typische Szenarien: Ansaugluftdrucksensoren von Kraftfahrzeugen, die im Motorraum heißem Ölnebel ausgesetzt sind; Industriegassensoren, die korrosiven Gasen wie Schwefelwasserstoff ausgesetzt sind; Bohrlochdrucksensoren, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck arbeiten – diese Sensoren sind untrennbar mit einer versiegelten Verpackung verbunden.

2. Typische Sensorverpackungslösung

Unterschiedliche Sensoren erfordern unterschiedliche Lösungen:

Niederspannungssensor (z. B. Reifendrucküberwachung) – GTMS-Lösung: Kovar-Gehäuse + Borosilikatglas-Isolator; Kostenkontrollierbar, für eine Vielzahl von Automobilelektronik geeignet.

Hochtemperatursensor (z. B. Abgastemperatursensor) – CTMS-Lösung: Al2O₃-Keramik, beständig gegen hohe Temperaturen und beständig gegen die Motorabgasumgebung.

Infrarotdetektor – CTMS-Lösung: Keramiksubstrat sorgt für hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmeableitung, und Löten sorgt für äußerst zuverlässige Luftdichtheit.

Auswahlkriterien: Temperatur, Volumen und Medium beachten. Je höher die Temperatur und je rauer die Umgebung, desto bevorzugter ist CTMS. Je größer die Batch-Größe und je kostensensitiver die Anwendung, desto bevorzugter ist GTMS.

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[Glossar]

1. MEMS ( Micro-Electro-Mechanical Systems): Mikroelektromechanische Systeme – Mikrokomponenten, die mechanische Strukturen und elektronische Schaltkreise auf Wafern integrieren

2. Hermetische Durchführung : Eine versiegelte Gehäusestruktur, bei der Metallfüße durch eine Metallhülle verlaufen, die durch Glas oder Keramik isoliert ist