DE102019111741A1 - Contacting method and ultrasonic transducer device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Komponenten einer Ultraschallwandlervorrichtung (1), insbesondere eines Ultraschallsensors (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:- Bereitstellen einer Baugruppe, aufweisend ein Gehäuse (2, 3), eine Ultraschallmembran (5), ein Wandlerelement (6) mit wenigstens einer Elektrode (9) zur Schwingungsanregung der Ultraschallmembran (5) und wenigstens ein elektrisches Kontaktelement (10), wobei die Elektrode (9) und das elektrische Kontaktelement (10) gehäusefest angeordnet sind und durch das Gehäuse (2, 3) auch relativ zueinander fest angeordnet sind;- elektrisches Kontaktieren der Elektrode (9) des Wandlerelements (6) mit einem Bonddraht (11) durch Drahtbonden; und- elektrisches Kontaktieren des elektrischen Kontaktelements (10) mit diesem Bonddraht (11), ebenfalls durch Drahtbonden.The invention relates to a method for making electrical contact with components of an ultrasonic transducer device (1), in particular an ultrasonic sensor (1), in particular for a motor vehicle. The method has the following steps: Provision of an assembly comprising a housing (2, 3), an ultrasonic membrane (5), a transducer element (6) with at least one electrode (9) for exciting the ultrasonic membrane (5) and at least one electrical contact element (10), the electrode (9) and the electrical contact element (10) being fixed to the housing and also being fixed relative to one another through the housing (2, 3); - electrical contacting of the electrode (9) of the transducer element (6 ) with a bonding wire (11) by wire bonding; and- making electrical contact between the electrical contact element (10) and this bonding wire (11), likewise by wire bonding.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Komponenten einer Ultraschallwandlervorrichtung. Ultraschallwandlervorrichtungen bzw. Ultraschallsensoren können beispielsweise zur Abstandsmessung und/oder in einem Fahrerassistenzsystem verwendet werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Ultraschallwandlervorrichtung, insbesondere einen Ultraschallsensor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for making electrical contact with components of an ultrasonic transducer device. Ultrasonic transducer devices or ultrasonic sensors can be used, for example, for distance measurement and / or in a driver assistance system. The invention also relates to an ultrasonic transducer device, in particular an ultrasonic sensor, in particular for a motor vehicle.
Kontaktierungsverfahren zur elektrischen Kontaktierung sowie Ultraschallwandlervorrichtungen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der
Insbesondere sind Ultraschallwandlervorrichtungen bekannt, bei denen ein beispielsweise scheibenförmiges Wandlerelement, insbesondere ein piezoelektrisch aktives Element, auf eine biegesteife Membran geklebt ist. Das Piezoelement kann aus einem keramischen Werkstoff gefertigt sein, der auf den flächigen Seiten mit einer Metallisierung, beispielsweise aus Silber, beschichtet ist. Diese Metallisierungen können als Elektroden des Piezoelements genutzt werden. Eine der Elektroden ist dabei insbesondere der Membran zugewandt, wobei die Membran in ein Gehäuseteil des Ultraschallsensors integriert sein kann oder einen Teil des Gehäuses darstellen kann. Eine weitere Elektrode kann an der gegenüberliegenden Seite des Piezoelements angeordnet sein. Diese Elektrode kann beispielsweise als Signalelektrode benutzt werden, während die der Membran zugewandte Elektrode als Masseelektrode benutzt werden kann.In particular, ultrasonic transducer devices are known in which a transducer element, for example a disk-shaped transducer element, in particular a piezoelectrically active element, is glued to a rigid membrane. The piezo element can be made of a ceramic material which is coated on the flat sides with a metallization, for example made of silver. These metallizations can be used as electrodes of the piezo element. One of the electrodes is particularly facing the membrane, wherein the membrane can be integrated into a housing part of the ultrasonic sensor or can represent a part of the housing. Another electrode can be arranged on the opposite side of the piezo element. This electrode can be used, for example, as a signal electrode, while the electrode facing the membrane can be used as a ground electrode.
Die Elektroden sind in der Regel elektrisch mit einer Steuer- und Auswerteelektronik verbunden. Die
Ein anderes Verfahren zur Kontaktierung der Elektroden eines Wandlerelements eines Ultraschallsensors ist in der
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Komponenten einer Ultraschallwandlervorrichtung bereitzustellen, insbesondere ein verbessertes Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Komponenten einer Ultraschallwandlervorrichtung, sowie eine alternative, insbesondere verbesserte, Ultraschallwand lervorrichtu ng.It is the object of the invention to provide an alternative method for electrically contacting components of an ultrasonic transducer device, in particular an improved method for electrically contacting components of an ultrasonic transducer device, and an alternative, in particular improved, ultrasonic transducer device.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie durch eine Ultraschallwandlervorrichtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.According to the invention, this object is achieved by a method and by an ultrasonic transducer device having the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims, the description and the figures.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur elektrischen Kontaktierung von Komponenten einer Ultraschallwandlervorrichtung, insbesondere eines Ultraschallsensors, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, weist folgende Schritte auf:
- - Bereitstellen einer Baugruppe, aufweisend ein Gehäuse, eine Ultraschallmembran, ein Wandlerelement mit wenigstens einer Elektrode, insbesondere ein Piezoelement, zur Schwingungsanregung der Ultraschallmembran und wenigstens ein elektrisches Kontaktelement, wobei die Elektrode und das elektrische Kontaktelement gehäusefest angeordnet sind und durch das Gehäuse oder aufgrund ihrer gehäusefesten Anordnung auch relativ zueinander fest angeordnet sind;
- - elektrisches Kontaktieren der Elektrode des Wandlerelements mit einem Bonddraht durch Drahtbonden; und
- - elektrisches Kontaktieren des elektrischen Kontaktelements mit diesem Bonddraht, ebenfalls durch Drahtbonden.
- - Provision of an assembly comprising a housing, an ultrasonic membrane, a transducer element with at least one electrode, in particular a piezo element, to excite vibrations of the ultrasonic membrane and at least one electrical contact element, the electrode and the electrical contact element being fixed to the housing and by the housing or due to it housing-fixed arrangement are also fixed relative to one another;
- - electrically contacting the electrode of the transducer element with a bonding wire by wire bonding; and
- - Electrical contacting of the electrical contact element with this bonding wire, also by wire bonding.
Gegenüber der zuvor genannten
Im Gegensatz zu dem Verfahren gemäß der
Außerdem können die Bonddrähte vergleichsweise kurz oder knapp bemessen werden, weil sie keine Relativbewegung der Elektroden relativ zu den Kontaktelementen tolerieren müssen. Dadurch kann Material eingespart werden und die Fertigung umweltfreundlicher gestaltet werden.In addition, the bonding wires can be made comparatively short or tight because they do not have to tolerate any relative movement of the electrodes relative to the contact elements. This saves material and makes production more environmentally friendly.
Durch das Drahtbonden entsteht eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Elektrode des Wandlerelements und dem elektrischen Kontaktelement. Durch das Herstellen dieser elektrischen Verbindung kann die Elektrode mit anderen Bauteilen elektrisch verbunden werden. Insbesondere kann das elektrische Kontaktelement mit einer Schaltung zur Steuerung und/oder Auswertung der Elektrode elektrisch verbunden werden.The wire bonding creates an electrically conductive connection between the electrode of the transducer element and the electrical contact element. By making this electrical connection, the electrode can be electrically connected to other components. In particular, the electrical contact element can be electrically connected to a circuit for controlling and / or evaluating the electrode.
Eine solche Schaltung kann beispielsweise in dem Gehäuse der Ultraschallwandlervorrichtung angeordnet sein oder werden, beispielsweise in der Form eines PCB (Printed Circuit Board). Dabei kann die Schaltung beispielsweise auf entsprechende Kontakte, die an das elektrische Kontaktelement angeformt sind, aufgesteckt sein oder während der Herstellung oder dem Zusammenbau der Ultraschallwandlervorrichtung auf diese aufgesteckt werden. Das Gehäuse kann auch einen Durchbruch aufweisen, durch den das elektrische Kontaktelement oder ein Teil des elektrischen Kontaktelements oder ein damit elektrisch verbundener Leiter führt, so dass eine externe Spannungsversorgung der Elektrode über das elektrische Kontaktelement ermöglicht wird.Such a circuit can for example be arranged in the housing of the ultrasonic transducer device, for example in the form of a PCB (Printed Circuit Board). In this case, the circuit can, for example, be plugged onto corresponding contacts which are molded onto the electrical contact element or can be plugged onto the ultrasonic transducer device during manufacture or assembly. The housing can also have an opening through which the electrical contact element or part of the electrical contact element or a conductor electrically connected to it leads, so that an external voltage supply of the electrode is made possible via the electrical contact element.
Das erfindungsgemäße Gehäuse kann grundsätzlich einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. In vielen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, wenn das Gehäuse einteilig ausgebildet ist. Dies ermöglicht auf einfache Art und Weise eine feste Anordnung von Elektrode und zugehörigem Kontaktelement relativ zueinander, insbesondere vor der elektrischen Kontaktierung, d.h. vor dem Verbinden von Elektrode und Kontaktelement mit dem Bonddraht, insbesondere vor der elektrischen Kontaktierung mittels des Bonddrahts. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine präzise Positionierung der zu kontaktierenden Bauteile (Elektrode und Kontaktelement) relativ zueinander erreicht werden. Ferner kann nach der Herstellung der elektrischen Kontaktierung eine Belastung der Bondverbindung(en) und des Bonddrahts durch Relativbewegungen der miteinander elektrisch verbundenen Bauteile vermieden werden, da die Bauteile durch das Gehäuse relativ zueinander fixiert sind und somit eine Relativbewegung der durch den Bonddraht elektrisch miteinander verbundenen Bauteile verhindert werden kann.The housing according to the invention can in principle be designed in one piece or in several pieces. In many cases, however, it is advantageous if the housing is made in one piece. This enables a fixed arrangement of the electrode and associated contact element relative to one another in a simple manner, in particular before the electrical contact is made, i.e. before connecting the electrode and contact element to the bonding wire, in particular before making electrical contact by means of the bonding wire. As a result, precise positioning of the components to be contacted (electrode and contact element) relative to one another can be achieved in a simple manner. Furthermore, after the electrical contact has been made, stress on the bond connection (s) and the bond wire due to relative movements of the electrically connected components can be avoided, since the components are fixed relative to one another by the housing and thus a relative movement of the components electrically connected to one another by the bond wire can be prevented.
Ist das Gehäuse mehrteilig ausgebildet, wobei es möglich ist, dass z. B. eine Elektrode (als Teil des Wandlerelements) an oder in einem Gehäuseteil befestigt ist und ein zugehöriges elektrisches Kontaktelement, das mit der Elektrode kontaktiert wird, an oder in einem anderen Gehäuseteil, sind bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils bevor die Elektrode und/oder das elektrische Kontaktelement mit dem Bonddraht durch Drahtbonden elektrisch kontaktiert wird, zumindest die Gehäuseteile, an denen die Elektrode und das elektrische Kontaktelement befestigt sind, derart miteinander verbunden (worden), dass die Elektrode und das elektrische Kontaktelement, die mittels des Bonddrahts elektrisch miteinander kontaktiert werden, durch das Gehäuse, insbesondere die beiden zugehörigen Gehäuseteile, relativ zueinander fest angeordnet sind. D.h. mit anderen Worten, dass bei einem mehrteiligen Gehäuse, wenn eine Elektrode und ein zugehöriges Kontaktelement an unterschiedlichen Gehäuseteilen befestigt sind, diese vor dem elektrischen Kontaktieren erst zu einer Gehäusebaugruppe zusammengesetzt werden oder sind, so dass die Elektrode und das zugehörige Kontaktelement für das elektrische Kontaktieren durch das Gehäuse bzw. die Gehäusebaugruppe relativ zueinander fest angeordnet sind.If the housing is constructed in several parts, it is possible that, for. B. an electrode (as part of the transducer element) is attached to or in a housing part and an associated electrical contact element, which is contacted with the electrode, on or in another housing part, are in a method according to the present invention in each case before the electrode and / or the electrical contact element is electrically contacted with the bonding wire by wire bonding, at least the housing parts to which the electrode and the electrical contact element are attached are connected to one another in such a way that the electrode and the electrical contact element, which are electrically connected to one another by means of the bonding wire are contacted by the housing, in particular the two associated housing parts, are fixed relative to each other. In other words, in the case of a multi-part housing, if an electrode and an associated contact element are attached to different housing parts, they are or are first assembled into a housing assembly before electrical contacting, so that the electrode and the associated contact element are used for electrical contacting are fixedly arranged relative to one another by the housing or the housing assembly.
Unter dem Begriff „Wandlerelement“ wird vorliegend ein Sensorelement oder eine Sensorbaugruppe verstanden, welche in Abhängigkeit von einem Signal und in Kombination mit der Membran Ultraschallwellen erzeugen und aussenden kann und/oder welches aus empfangenen Ultraschallwellen in Abhängigkeit von den empfangenen Ultraschallwellen ein Signal erzeugen kann.The term “transducer element” is understood here to mean a sensor element or a sensor assembly which can generate and emit ultrasonic waves as a function of a signal and in combination with the membrane and / or which can generate a signal from received ultrasonic waves depending on the received ultrasonic waves.
Die wenigstens eine Elektrode kann beispielsweise eine Beschichtung aus Silber oder einem silberhaltigen Material aufweisen.The at least one electrode can for example have a coating made of silver or a silver-containing material.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Wandlerelement wenigstens eine weitere Elektrode und die Ultraschallwandlervorrichtung wenigstens ein weiteres elektrisches Kontaktelement auf.In one embodiment of a method according to the present invention, the transducer element has at least one further electrode and the ultrasonic transducer device has at least one further electrical contact element.
Die weitere Elektrode kann mit dem weiteren elektrischen Kontaktelement in einer ähnlichen Weise elektrisch verbunden sein, wie es bereits für die zuvor genannte Elektrode und das zuvor genannte elektrische Kontaktelement beschrieben wurde. Im Prinzip sind aber auch andere Arten der elektrischen Verbindung für die weitere Elektrode und das weitere elektrische Kontaktelement möglich.The further electrode can be electrically connected to the further electrical contact element in a manner similar to that already described for the aforementioned electrode and the aforementioned electrical contact element. In principle, however, other types of electrical connection for the further electrode and the further electrical contact element are also possible.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Elektrode oder die weitere Elektrode dazu eingerichtet, als Signalelektrode zu dienen, und die andere dazu eingerichtet, als Masseelektrode zu dienen.In one embodiment of a method according to the present invention, the electrode or the further electrode is set up to serve as a signal electrode and the other is set up to serve as a ground electrode.
So kann beispielsweise die weitere Elektrode als Masseelektrode dienen und beispielsweise auf der der Membran zugewandten Seite des Wandlerelements angeordnet sein. Entsprechend könnte dann die zuerst genannte Elektrode als Signalelektrode dienen und an der gegenüberliegenden, von der Membran abgewandten Seite des Wandlerelements angeordnet sein.For example, the further electrode can serve as a ground electrode and can be arranged, for example, on the side of the transducer element facing the membrane. Correspondingly, the first-mentioned electrode could then serve as a signal electrode and be arranged on the opposite side of the transducer element facing away from the membrane.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
- - elektrisches Kontaktieren der weiteren Elektrode des Wandlerelements mit einem weiteren Bonddraht durch Drahtbonden; und
- - elektrisches Kontaktieren des weiteren, elektrischen Kontaktelements mit dem weiteren Bonddraht, ebenfalls durch Drahtbonden.
- electrical contacting of the further electrode of the transducer element with a further bonding wire by wire bonding; and
- - Electrical contacting of the further, electrical contact element with the further bonding wire, also by wire bonding.
Gemäß dieser Ausführung erfolgt also elektrische Kontaktieren der weiteren Elektrode und des weiteren elektrischen Kontaktelements entsprechend dem Kontaktieren der zuerst genannten Elektrode und des zuerst genannten elektrischen Kontaktelements. Somit können die technischen Vorteile des ersten Aspekts der Erfindung auch für die weitere Elektrode und das weitere elektrische Kontaktelement erreicht werden.According to this embodiment, electrical contacting of the further electrode and the further electrical contact element takes place in accordance with the contacting of the first-mentioned electrode and the first-mentioned electrical contact element. The technical advantages of the first aspect of the invention can thus also be achieved for the further electrode and the further electrical contact element.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Drahtbonden lot- und flussmittelfrei ausgeführt.In one embodiment of a method according to the present invention, the wire bonding is carried out free of solder and flux.
Einerseits kann dies das elektrische Kontaktieren der Elektrode(n) und des/der elektrischen Kontaktelements bzw. elektrischen Kontaktelemente vereinfachen. Andererseits kann dies insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn in einem nachfolgenden, hier nicht näher beschriebenen Verfahrensschritt beispielsweise ein Silikonverguss durchgeführt wird. In einem solchen Silikonverguss wird der Innenraum des Gehäuses ganz oder teilweise mit einer Silikonvergussmasse (oder einer silikonhaltigen Vergussmasse) ausgegossen. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktierungsverfahren, bei denen ein Lot- oder Flussmittel benutzt wird, besteht die Gefahr einer sogenannten Platinvergiftung des Silikonvergusses. Eine solche Platinvergiftung kann durch ein lot- und flussmittelfreies Drahtbonden vermieden werden.On the one hand, this can simplify the electrical contacting of the electrode (s) and the electrical contact element or electrical contact elements. On the other hand, this can be particularly advantageous if, for example, silicone encapsulation is carried out in a subsequent method step not described in greater detail here. In such a silicone potting, the interior of the housing is completely or partially filled with a silicone potting compound (or a silicone-containing potting compound). In the case of contacting methods known from the prior art in which a solder or flux is used, there is a risk of so-called platinum poisoning of the silicone encapsulation. Such a platinum poisoning can be avoided by a solder- and flux-free wire bonding.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist das elektrische Kontaktelement und/oder gegebenenfalls das weitere elektrische Kontaktelement einen Pin auf, insbesondere einen in oder an dem Gehäuse integral angeordneten Pin, insbesondere einen in dem Gehäuse zumindest teilweise integral umspritzten oder eingespritzten Pin.In one embodiment of a method according to the present invention, the electrical contact element and / or optionally the further electrical contact element has a pin, in particular a pin arranged integrally in or on the housing, in particular a pin that is at least partially integrally molded or injected in the housing.
Der Pin kann insbesondere wenigstens einen ersten Abschnitt aufweisen, der in das Gehäuse(material) eingebracht ist, insbesondere in eine Gehäusewand, und wenigstens einen zweiten Abschnitt aufweisen, der nicht in das Gehäuse(material) eingebracht ist, insbesondere in eine Gehäusewand. Der zweite Abschnitt kann somit für die Kontaktierung durch den Bonddraht zur Verfügung stehen.The pin can in particular have at least one first section that is introduced into the housing (material), in particular into a housing wall, and at least one second section that is not introduced into the housing (material), in particular into a housing wall. The second section can thus be available for contacting through the bonding wire.
Ein solcher Pin kann insbesondere steif oder starr, d.h. im Wesentlichen nicht biegbar sein, insbesondere nicht biegbar sein. Dies kann bei bestimmungsgemäßer Befestigung des Pins relativ zu dem Gehäuse, beispielsweise an einem Ende des Pins, den Vorteil haben, dass auch die Position eines gehäusefernen Endes des Pins wohl definiert ist, so dass hierdurch die Positionsgenauigkeit der elektrischen Verbindung des Bonddrahts mit dem Kontaktelement verbessert werden kann, insbesondere im Vergleich zu der Verwendung eines zumindest teilweise flexiblen Kontaktelements.Such a pin can in particular be stiff or rigid, that is to say essentially not bendable, in particular not bendable. This can be done with proper attachment of the pin relative to the housing, for example at one end of the pin, have the advantage that the position of an end of the pin remote from the housing is also well defined, so that the positional accuracy of the electrical connection of the bonding wire to the contact element can be improved, in particular in comparison to the use of an at least partially flexible contact element.
Ein integral angeordneter Pin, insbesondere ein zumindest teilweise in das Gehäuse eingebrachter Pin, kann die Befestigung des Pins gegenüber dem Gehäuse besonders vorteilhaft gestalten. Zum einen kann hierdurch die Anordnung des Pins gegenüber dem Gehäuse vereinfacht werden, beispielsweise im Vergleich zu Steckverbindungen oder ähnlichem. Zum anderen kann auch hierdurch die Genauigkeit der Position bzw. Ausrichtung des Pins gegenüber dem Gehäuse und somit insbesondere auch eines gehäusefernen Endes des Pins verbessert werden. Die Verwendung eines zumindest teilweise integral umspritzten oder eingespritzten Pins kann besonders vorteilhaft sein, weil hierdurch beispielsweise im Vergleich zu einer Steckverbindung gegebenenfalls weniger Bauraum verbraucht wird. Außerdem kann das Umspritzen oder Einspritzen des Pins unter Umständen kostengünstiger durchgeführt werden als die Befestigung des Pins mittels beispielsweise einer Steckverbindung.An integrally arranged pin, in particular a pin that is at least partially introduced into the housing, can make the fastening of the pin relative to the housing particularly advantageous. On the one hand, this can simplify the arrangement of the pin with respect to the housing, for example compared to plug connections or the like. On the other hand, this can also improve the accuracy of the position or alignment of the pin with respect to the housing and thus in particular also an end of the pin remote from the housing. The use of an at least partially integrally overmolded or injected pin can be particularly advantageous because this may require less installation space than a plug connection, for example. In addition, the overmoulding or injection molding of the pin can under certain circumstances be carried out more cost-effectively than the fastening of the pin by means of a plug connection, for example.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Schritte ausgeführt:
- - Anfahren der Elektrode des Wandlerelements durch einen Bondkopf, um die Elektrode des Wandlerelements mit dem Bonddraht elektrisch zu kontaktieren; und danach
- - Anfahren des elektrischen Kontaktelements durch den Bondkopf, um das elektrische Kontaktelement mit diesem Bonddraht elektrisch zu kontaktieren.
- Approaching the electrode of the transducer element by a bond head in order to make electrical contact with the electrode of the transducer element with the bond wire; and then
- - Approach of the electrical contact element by the bondhead in order to make electrical contact with the electrical contact element with this bond wire.
Die hier angegebene Reihenfolge dieser zwei Verfahrensschritte ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Bondkopf durch eine Gehäuseöffnung in das Gehäuse eingeführt wird und die zu kontaktierende Elektrode weiter von dieser Öffnung entfernt ist als das elektrische Kontaktelement.The sequence of these two method steps specified here is particularly advantageous when the bondhead is inserted into the housing through a housing opening and the electrode to be contacted is further away from this opening than the electrical contact element.
Ist beispielsweise die Gehäuseöffnung an einer oberen Seite des Gehäuses angeordnet, das elektrische Kontaktelement auf einer mittleren Höhe des Gehäuses und die zu kontaktierende Elektrode an einer tieferen Stelle, beispielsweise an oder in einem Boden des Gehäuses, kann der Bondkopf zunächst tief in das Gehäuse eingeführt werden, um die Elektrode mit dem Bonddraht elektrisch zu kontaktieren. Der Bondkopf kann anschließend das elektrische Kontaktelement an der mittleren Position des Gehäuses anfahren und bewegt sich dabei also von der bereits kontaktierten Elektrode weg in Richtung Gehäuseöffnung. Nach dem elektrischen Kontaktieren des elektrischen Kontaktelements mit dem Bonddraht kann der Bondkopf wieder aus dem Gehäuse durch die Gehäuseöffnung zurückgezogen werden. Auf diese Weise wird die Gefahr reduziert, dass die Bewegung des Bondkopfs nach dem ersten Kontaktieren (hier der Elektrode) den bereits hergestellten Kontakt beschädigen könnte. Während die zwei Kontaktierungsschritte im Prinzip zwar auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden könnten, dass also zunächst das näher an der Gehäuseöffnung positionierte elektrische Kontaktelement kontaktiert wird und danach erst die tieferliegende Elektrode, besteht bei dieser Reihenfolge ein unter Umständen größeres Risiko, dass der erste Kontakt (mit dem elektrischen Kontaktelement) durch den Bondkopf beschädigt wird, wenn dieser tiefer in das Gehäuse eingefahren wird, um die tieferliegende Elektrode zu kontaktieren.If, for example, the housing opening is arranged on an upper side of the housing, the electrical contact element at a middle level of the housing and the electrode to be contacted at a lower point, for example on or in a bottom of the housing, the bondhead can first be inserted deep into the housing to electrically contact the electrode with the bonding wire. The bondhead can then approach the electrical contact element at the middle position of the housing and thus moves away from the electrode that has already been contacted in the direction of the housing opening. After the electrical contact between the electrical contact element and the bonding wire, the bonding head can be withdrawn again from the housing through the housing opening. This reduces the risk that the movement of the bondhead after the first contact (here the electrode) could damage the contact that has already been made. While the two contacting steps could in principle also be carried out in reverse order, i.e. first the electrical contact element positioned closer to the housing opening is contacted and only then the deeper electrode, with this order there may be a greater risk that the first contact ( with the electrical contact element) is damaged by the bondhead if it is moved deeper into the housing in order to contact the deeper electrode.
Der weitere Bonddraht kann gegebenenfalls in entsprechender Weise mit der weiteren Elektrode des Wandlerelements und mit dem weiteren elektrischen Kontaktelement verbunden werden. Insbesondere kann in einer solchen Ausführung der Bondkopf zunächst die erstgenannte Elektrode kontaktieren, anschließend das erstgenannte elektrische Kontaktelement und danach die weitere Elektrode mit dem weiteren Bonddraht kontaktieren und schließlich mit diesem weiteren Bonddraht das weitere elektrische Kontaktelement. Gleichwohl wäre aber auch eine andere Reihenfolge möglich, beispielsweise die Reihenfolge Elektrode - elektrisches Kontaktelement - weiteres elektrisches Kontaktelement - weitere Elektrode, oder aber elektrisches Kontaktelement - Elektrode - weitere Elektrode - weiteres elektrisches Kontaktelement. Insbesondere die zuletzt genannte Reihenfolge könnte unter Umständen den Fahrweg des Bondkopfs minimieren und somit die Fertigungszeit verkürzen.The further bonding wire can optionally be connected in a corresponding manner to the further electrode of the transducer element and to the further electrical contact element. In particular, in such an embodiment, the bondhead can first contact the first-mentioned electrode, then contact the first-mentioned electrical contact element and then the further electrode with the further bond wire and finally with this further bond wire the further electrical contact element. However, a different sequence would also be possible, for example the sequence electrode - electrical contact element - further electrical contact element - further electrode, or else electrical contact element - electrode - further electrode - further electrical contact element. In particular, the last-mentioned sequence could, under certain circumstances, minimize the travel path of the bondhead and thus shorten the production time.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Drahthandling oder die Drahtführung des Bonddrahts in den Bondkopf integriert.In one embodiment of a method according to the present invention, the wire handling or the wire guiding of the bonding wire is integrated into the bonding head.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Bonddraht zumindest durch den Bondkopf geführt und/oder der Bondstelle zugeführt, wobei der Bonddraht insbesondere mithilfe des Bondkopfes oder durch den Bondkopf an der Bondstelle positioniert wird. D.h. insbesondere wird der Bonddraht wenigstens unter anderem von dem Bondkopf geführt. Der Bonddraht kann aber im Bereich der Bondstelle auch nur vom Bondkopf geführt/positioniert werden.In one embodiment of a method according to the present invention, the bonding wire is guided at least through the bonding head and / or supplied to the bonding point, the bonding wire being positioned at the bonding point in particular with the aid of the bonding head or by the bonding head. I.e. in particular, the bonding wire is guided at least among other things by the bonding head. The bonding wire can, however, also only be guided / positioned by the bonding head in the area of the bonding point.
Auf diese Weise ist es insbesondere nicht nötig, den Bonddraht eventuell durch eine weitere Vorrichtung an die zu kontaktierende Elektrode bzw. das zu kontaktierende elektrische Kontaktelement heranzuführen. Durch das Integrieren des Drahthandlings oder der Drahtführung des Bonddrahts in den Bondkopf kann unter Umständen auch eine größere Positioniergenauigkeit des Bonddrahts erreicht werden, verglichen mit einer Ausführung, bei welcher der Bonddraht durch eine separate Einrichtung an die zu kontaktierende Elektrode bzw. das elektrische Kontaktelement herangeführt wird.In this way, it is in particular not necessary to bring the bonding wire up to the electrode to be contacted or the electrical contact element to be contacted, possibly through a further device. By integrating the wire handling or the wire guide of the bonding wire into the bonding head, a greater positioning accuracy of the bonding wire can be achieved under certain circumstances compared to an embodiment in which the bonding wire is brought up to the electrode to be contacted or the electrical contact element by a separate device .
Der Bonddraht kann einen (im Wesentlichen) runden Querschnitt aufweisen. Andere Arten von Querschnitten wären auch möglich, beispielsweise (im Wesentlichen) oval, rechteckig oder quadratisch.The bonding wire can have a (essentially) round cross section. Other types of cross-sections would also be possible, for example (essentially) oval, rectangular or square.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Bonddraht mehrere einzelne Drähte auf. Beispielsweise ist der Bonddraht eine Litze.In one embodiment of a method according to the present invention, the bonding wire has a plurality of individual wires. For example, the bonding wire is a stranded wire.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Bonddraht einen materialeinheitlichen Draht auf. Insbesondere kann der Bonddraht Aluminium, Aluminiumlegierungen und/oder intermetallische Phasen mit Aluminium aufweisen.In one embodiment of a method according to the present invention, the bonding wire has a wire of the same material. In particular, the bonding wire can have aluminum, aluminum alloys and / or intermetallic phases with aluminum.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Bonddraht einen Verbundwerkstoff auf.In one embodiment of a method according to the present invention, the bonding wire comprises a composite material.
Beispielsweise kann der Bonddraht verschiedene Metalle oder metallhaltige Materialien aufweisen, insbesondere wenigstens im Wesentlichen daraus bestehen, insbesondere daraus bestehen. Je nach Ausführung können die verschiedenen Metalle oder metallhaltigen Materialien verschiedene Funktionen haben, wie auch nachfolgend beschrieben wird.For example, the bonding wire can have various metals or metal-containing materials, in particular at least essentially consist of them, in particular consist of them. Depending on the design, the different metals or metal-containing materials can have different functions, as will also be described below.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Bonddraht einen Drahtkern (oder eine Drahtseele) und einen Drahtmantel auf, insbesondere wobei der Drahtmantel weicher ist als der Drahtkern.In one embodiment of a method according to the present invention, the bonding wire has a wire core (or a wire core) and a wire sheath, in particular wherein the wire sheath is softer than the wire core.
Ein Drahtbond-Verfahren kann als Fügeprozess angesehen werden, bei dem ein, insbesondere formbarer, Draht eine mechanische Verbindung mit einem zu kontaktierenden Material eingeht. Dies kann insbesondere durch eine Reibschweißverbindung mittels Ultraschall ohne zusätzliche Wärmequelle realisiert werden, bei der die Haftung insbesondere auf Diffusionsvorgängen, die zu intermetallischen Phasen führen, und/oder Adhäsionskräften beruht. Hierzu eignet sich insbesondere ein weiches, formbares Material. Andererseits soll der Draht unter Umständen auch eine erhöhte Festigkeit aufweisen, die einer mechanischen Robustheit dienen soll. Wie in dieser Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, kann der Drahtkern eine höhere Festigkeit als der Drahtmantel aufweisen, um die gewünschte mechanische Robustheit zu gewährleisten. Insbesondere soll der Drahtkern dafür sorgen, dass der Draht während der Fertigung und während einer bestimmungsgemäßen Benutzung der Ultraschallwandlervorrichtung nicht abreißt. Der vergleichsweise weichere Drahtmantel hingegen soll die gewünschte Haftung für den Fügeprozess gewährleisten.A wire bonding method can be viewed as a joining process in which a wire, in particular a malleable wire, enters into a mechanical connection with a material to be contacted. This can be realized in particular by a friction weld connection by means of ultrasound without an additional heat source, in which the adhesion is based in particular on diffusion processes that lead to intermetallic phases and / or adhesive forces. A soft, malleable material is particularly suitable for this. On the other hand, the wire should, under certain circumstances, also have increased strength, which should serve a mechanical robustness. As provided in this embodiment of a method according to the present invention, the wire core can have a higher strength than the wire jacket in order to ensure the desired mechanical robustness. In particular, the wire core should ensure that the wire does not tear off during production and during normal use of the ultrasonic transducer device. The comparatively softer wire sheath, on the other hand, is intended to ensure the desired adhesion for the joining process.
Insbesondere können der Drahtkern und der Drahtmantel unterschiedliche Materialien aufweisen. Falls der Drahtkern und/oder der Drahtmantel aus einer Mischung von Materialien bestehen, können sich die Materialien dieser Mischung des einen Teils des Bonddrahts (Drahtkern/Drahtmantel) von dem Material bzw. der Materialmischung des anderen Teils des Bonddrahts (Drahtkern/Drahtmantel) unterscheiden. Falls beide Teile des Bonddrahts aus den gleichen (jeweils mindestens zwei) Materialien bestehen, können sich der Kern und der Mantel zumindest hinsichtlich der relativen Anteile dieser mindestens zwei Materialien unterscheiden.In particular, the wire core and the wire jacket can have different materials. If the wire core and / or the wire sheath consist of a mixture of materials, the materials of this mixture of one part of the bonding wire (wire core / wire sheath) can differ from the material or the material mixture of the other part of the bonding wire (wire core / wire sheath). If both parts of the bonding wire consist of the same (in each case at least two) materials, the core and the jacket can differ at least with regard to the relative proportions of these at least two materials.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung umgibt der Drahtmantel den Drahtkern in Umfangsrichtung wenigstens im Wesentlichen vollständig, insbesondere vollständig.In one embodiment of a method according to the present invention, the wire jacket surrounds the wire core at least substantially completely, in particular completely, in the circumferential direction.
Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der, insbesondere weichere, Drahtmantel die zu kontaktierenden Komponenten (Elektrode/elektrisches Kontaktelement) berührt, unabhängig davon, wie der Bonddraht orientiert ist. Außerdem kann - je nach Zusammensetzung des Drahtkerns bzw. des Drahtmantels - der Drahtmantel unter Umständen einen Korrosionsschutz für den Drahtkern bieten.This can ensure that the, in particular softer, wire sheath touches the components to be contacted (electrode / electrical contact element), regardless of how the bonding wire is oriented. In addition, depending on the composition of the wire core or the wire jacket, the wire jacket can, under certain circumstances, provide protection against corrosion for the wire core.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Bonddraht so beschaffen, dass der Drahtkern Kupfer, Kupferlegierungen und/oder intermetallische Phasen mit Kupfer aufweist, insbesondere wenigstens im Wesentlichen daraus besteht, insbesondere daraus besteht,
und/oder
dass der Drahtmantel Aluminium, Aluminiumlegierungen und/oder intermetallische Phasen mit Aluminium aufweist, insbesondere wenigstens im Wesentlichen daraus besteht, insbesondere daraus besteht.In one embodiment of a method according to the present invention, the bonding wire is designed such that the wire core has copper, copper alloys and / or intermetallic phases with copper, in particular at least essentially consists of it, in particular consists of it,
and or
that the wire jacket has aluminum, aluminum alloys and / or intermetallic phases with aluminum, in particular at least essentially consists of it, in particular consists of it.
Die Erfinder haben in Versuchsreihen festgestellt, dass sich so beschaffene Bonddrähte gut für die elektrische Kontaktierung von Elektroden und elektrischen Kontaktelementen in einer Ultraschallwandlervorrichtung eignen.In a series of tests, the inventors have established that bonding wires made in this way are well suited for the electrical contacting of electrodes and electrical contact elements in an ultrasonic transducer device.
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Bonddraht so beschaffen, dass der Drahtkern Kupfer oder legiertes Aluminium aufweist, insbesondere wenigstens im Wesentlichen daraus besteht, insbesondere daraus besteht und/oder
dass der Drahtmantel Aluminium, insbesondere hochreines Aluminium, aufweist, insbesondere wenigstens im Wesentlichen daraus besteht, insbesondere daraus besteht.In one embodiment of a method according to the present invention, the bonding wire is designed in such a way that the wire core has copper or alloyed aluminum, in particular consists at least essentially thereof, in particular consists thereof and / or
that the wire jacket has aluminum, in particular high-purity aluminum, in particular consists of it, in particular consists of it.
Auch solche Bonddrähte eignen sich nach Erkenntnis der Erfinder für die anvisierten Anwendungen.According to the inventors' knowledge, such bonding wires are also suitable for the envisaged applications.
Als Bonddrähte für Ausführungen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung eignen sich beispielsweise Drähte, die in der
In einer Ausführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Bonddraht so beschaffen, dass das Verhältnis der Querschnittsfläche des Drahtkerns zur Querschnittsfläche des Drahtmantels kleiner oder gleich 1:1 ist, und/oder dass der Durchmesser des Bonddrahts zwischen 50 µm und 500 µm beträgt, wobei der Durchmesser insbesondere mehr als 75 µm oder mehr als 80 µm oder mehr als 100 µm beträgt und/oder wobei der Durchmesser insbesondere weniger als 400 µm oder weniger als 300 µm beträgt, wobei der Durchmesser insbesondere im Wesentlichen 125 µm oder 200 µm beträgt, insbesondere 125 µm oder 200 µm beträgt.In one embodiment of a method according to the present invention, the bonding wire is designed such that the ratio of the cross-sectional area of the wire core to the cross-sectional area of the wire jacket is less than or equal to 1: 1, and / or that the diameter of the bonding wire is between 50 µm and 500 µm, wherein the diameter is in particular more than 75 µm or more than 80 µm or more than 100 µm and / or wherein the diameter is in particular less than 400 µm or less than 300 µm, the diameter in particular being essentially 125 µm or 200 µm, in particular 125 µm or 200 µm.
Auch solche Bonddrähte eignen sich nach Erkenntnis der Erfinder für die Verwendung in Ultraschallwand lervorrichtu ngen.According to the inventors' knowledge, such bonding wires are also suitable for use in ultrasonic transducers.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Ultraschallwandlervorrichtung, die unter Verwendung eines der oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.A second aspect of the present invention relates to an ultrasonic transducer device that has been manufactured using one of the methods described above.
Es wurde bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, dass der Bonddraht unter Umständen kürzer oder knapper dimensioniert werden kann, als es nach manchen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Fall ist. Entsprechend ist in einer Ausführung einer Ultraschallwandlervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Länge des Bonddrahts zwischen einer ersten Bondstelle, an welcher der Bonddraht das elektrische Kontaktelement elektrisch kontaktiert, und einer zweiten Bondstelle, an welcher der Bonddraht die Elektrode elektrisch kontaktiert, nicht wesentlich länger als der Abstand zwischen diesen zwei Bondstellen, insbesondere nicht mehr als 20 % länger, vorzugsweise nicht mehr als 15 % länger, vorzugsweise nicht mehr als 10 % länger, vorzugsweise nicht mehr als 5 % länger als dieser Abstand.It has already been described in connection with the method according to the invention that the bonding wire can, under certain circumstances, be dimensioned shorter or more tightly than is the case with some methods known from the prior art. Accordingly, in one embodiment of an ultrasonic transducer device according to the present invention, the length of the bonding wire between a first bonding point, at which the bonding wire electrically contacts the electrical contact element, and a second bonding point, at which the bonding wire electrically contacts the electrode, is not significantly longer than the distance between these two bond points, in particular not more than 20% longer, preferably not more than 15% longer, preferably not more than 10% longer, preferably not more than 5% longer than this distance.
Entsprechendes kann gegebenenfalls für den weiteren Bonddraht und dessen Verbindungen mit der weiteren Elektrode und dem weiteren elektrischen Kontaktelement gelten.The same can optionally apply to the further bonding wire and its connections to the further electrode and the further electrical contact element.
Im Zusammenhang mit Ausführungen einer Ultraschallwandlervorrichtung wird der Begriff „Abstand zwischen diesen zwei Bondstellen“ so verstanden wie allgemein üblich, d. h. als die Länge der kürzesten Verbindung dieser zwei Bondstellen.In connection with embodiments of an ultrasonic transducer device, the term “distance between these two bond points” is understood as is generally customary, i. H. as the length of the shortest connection of these two bond points.
Es wird auch eine Ultraschallwandlervorrichtung bereitgestellt, insbesondere ein Ultraschallsensor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei die Ultraschallwandlervorrichtung ein Gehäuse, eine Ultraschallmembran, ein Wandlerelement mit wenigstens einer Elektrode, insbesondere ein Piezoelement, zur Schwingungsanregung der Ultraschallmembran und wenigstens ein elektrisches Kontaktelement aufweist, wobei die Elektrode und das elektrische Kontaktelement gehäusefest angeordnet sind und durch das Gehäuse auch relativ zueinander fest angeordnet sind, wobei die Ultraschallwandlervorrichtung ferner einen Bonddraht aufweist, der an einer ersten Bondstelle das elektrische Kontaktelement elektrisch kontaktiert und an einer zweiten Bondstelle die Elektrode elektrisch kontaktiert, wobei die Länge des Bonddrahts zwischen dieser ersten Bondstelle und dieser zweiten Bondstelle nicht wesentlich länger als der Abstand zwischen diesen zwei Bondstellen ist, insbesondere nicht mehr als 20 % länger, vorzugsweise nicht mehr als 15 % länger, vorzugsweise nicht mehr als 10 % länger, vorzugsweise nicht mehr als 5 % länger als dieser Abstand.An ultrasonic transducer device is also provided, in particular an ultrasonic sensor, in particular for a motor vehicle, the ultrasonic transducer device having a housing, an ultrasonic membrane, a transducer element with at least one electrode, in particular a piezo element, for exciting the ultrasonic membrane to vibrate and at least one electrical contact element, the electrode and the electrical contact element are fixed to the housing and are also fixed relative to one another by the housing, the ultrasonic transducer device further comprising a bonding wire which makes electrical contact with the electrical contact element at a first bond point and makes electrical contact with the electrode at a second bond point, the length of the Bond wire between this first bond point and this second bond point is not significantly longer than the distance between these two bond points, in particular not more than 20% longer, preferably wise not more than 15% longer, preferably not more than 10% longer, preferably not more than 5% longer than this distance.
Die mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend auch für eine erfindungsgemäße Ultraschallwandlervorrichtung und umgekehrt.The preferred embodiments presented with reference to a method according to the invention and their advantages also apply accordingly to an ultrasound transducer device according to the invention and vice versa.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. All of the features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own.
Die Erfindung wird nun anhand eines/mehrerer bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail using one or more preferred exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ultraschallwandlervorrichtung in einem Schnitt in Ansicht von der Seite, -
2 eine Draufsicht von Komponentender Ultraschallwandlervorrichtung aus 1 , -
3 ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten eines beispielhaften, erfindungsgemäßen Verfahrens zur elektrischen Kontaktierung von Komponenten einer Ultraschallwandlervorrichtung, und -
4 einen Querschnitt eines Bonddrahts, wie er beispielsweise inder Ultraschallwandlervorrichtung aus 1 bzw. einem Verfahren gemäß3 verwendet werden kann.
-
1 a first embodiment of an ultrasonic transducer device according to the invention in a section in view from the side, -
2 a top view of components of theultrasonic transducer device 1 , -
3 a flowchart with method steps of an exemplary method according to the invention for making electrical contact with components of an ultrasonic transducer device, and -
4th a cross section of a bonding wire, as it is for example in theultrasonic transducer device 1 or a method according to3 can be used.
Das zweite Gehäuseteil
Die Ultraschallwandlervorrichtung
In einer alternativen Ausführungsform ist die untere Elektrode
Ferner weist die Ultraschallwandlervorrichtung ein elektrisches Kontaktelement
In diesem Ausführungsbeispiel ist das elektrische Kontaktelement
In einer Variante des in
Eine typische Ultraschallwandlervorrichtung weist zwei elektrische Kontaktelemente oder zwei Kontaktpins
Die in
Wenn die Zuleitung
Der Bonddraht
Nach dem Start
Nach dem Bereitstellen der Baugruppe wird in einem Schritt
Ebenso wird in einem Schritt
Im Prinzip kann das Kontaktieren der Elektrode
Stattdessen oder zusätzlich kann in ähnlicher oder entsprechender Weise die elektrische Kontaktierung der oberen Elektrode
Das elektrische Kontaktieren der einen oder der anderen Elektrode oder beider Elektroden und dem/den entsprechenden elektrischen Kontaktelement(en) mit dem entsprechenden Bonddraht / den entsprechenden Bonddrähten durch Drahtbonden kann mittels eines Bondkopfes (nicht dargestellt) erfolgen. Drahtbondverfahren mittels eines Bondkopfes sind im Prinzip bekannt und werden nicht im Detail beschrieben. Im Zusammenhang mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung empfiehlt sich die Benutzung eines Bondkopfes, in den die Drahtführung des Bonddrahts integriert ist, d. h. ein Bondkopf, der nicht nur einen bereits positionierten Bonddraht mittels Reibschweißens mit einem zu kontaktierenden Bauteil verbindet, sondern der selbst den Bonddraht an die entsprechende Stelle führt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Bonddraht mit ausreichender Präzision an der gewünschten Stelle positioniert wird.The electrical contacting of one or the other electrode or both electrodes and the corresponding electrical contact element (s) with the corresponding bonding wire (s) by wire bonding can take place by means of a bonding head (not shown). Wire bonding methods by means of a bond head are known in principle and are not described in detail. In connection with embodiments of the present invention, it is advisable to use a bond head in which the wire guide of the bond wire is integrated, i. H. a bond head that not only connects an already positioned bond wire to a component to be contacted by means of friction welding, but also guides the bond wire to the corresponding point. This can ensure that the bonding wire is positioned at the desired location with sufficient precision.
Um beispielsweise die in
Die vorangehend beschriebene Reihenfolge A - B und dann C - D hat den Vorteil, dass sich der Bondkopf nach dem Kontaktieren an den Bondstellen A und C aus dem Gehäuse herausbewegt (um die Stellen B und D zu kontaktieren) und nicht weiter in das Gehäuse hinein.The sequence A - B and then C - D described above has the advantage that the bondhead moves out of the housing after contacting at bond points A and C (in order to contact points B and D) and not further into the housing .
Dadurch, dass der Bondkopf nach dem Herstellen der jeweils ersten Bondverbindung (an den Punkten A und/oder C) aus dem Gehäuse herausfährt und nicht weiter in das Gehäuse hineinfährt, kann die Gefahr eines versehentlichen Beschädigens oder Abreißens der bereits hergestellten Bondverbindung reduziert werden. Wenn sich der Bondkopf in der beschriebenen Reihenfolge bewegt (A - B; C -D), gilt dies für das Verbinden beider Bonddrähte
Andererseits kann die von dem Bondkopf zurückzulegende Strecke reduziert werden, wenn der Bondkopf die Kontaktpunkte in der Reihenfolge B - A und dann C - D (oder umgekehrt) anfährt.On the other hand, the distance to be covered by the bondhead can be reduced if the bondhead approaches the contact points in the sequence B - A and then C - D (or vice versa).
Weil die Elektrode
Die gehäusefeste Montage der elektrischen Kontaktelemente kann einen weiteren Vorteil haben. Weil die elektrischen Kontaktelemente
Während
Durch die Fertigung des Bonddrahtes aus einem Verbundwerkstoff mit unterschiedlichen Materialien oder Materialmischungen für den Drahtkern und den Drahtmantel können verschiedene Eigenschaften erreicht werden. Für den Drahtmantel eignet sich beispielsweise ein vergleichsweise weiches Material, durch das der Fügeprozess beim Herstellen einer Bondverbindung unterstützt bzw. erst ermöglicht wird. Für den Drahtkern hingegen eignen sich relativ härtere Materialien, die dem Bonddraht eine gewisse Robustheit verleihen.By manufacturing the bonding wire from a composite material with different materials or material mixtures for the wire core and the wire sheath, different properties can be achieved. Suitable for the wire jacket For example, a comparatively soft material that supports or enables the joining process when creating a bond connection. For the wire core, however, relatively harder materials are suitable, which give the bonding wire a certain robustness.
In einer Ausführungsform kann der Drahtkern beispielsweise Kupfer, Kupferlegierungen und/oder intermetallische Phasen mit Kupfer aufweisen und/oder der Drahtmantel Aluminium, Aluminiumlegierungen und/oder intermetallische Phasen mit Aluminium aufweisen.In one embodiment, the wire core can have, for example, copper, copper alloys and / or intermetallic phases with copper and / or the wire jacket can have aluminum, aluminum alloys and / or intermetallic phases with aluminum.
In einer anderen Ausführungsform kann der Drahtkern beispielsweise Kupfer oder legiertes Aluminium aufweisen und/oder der Drahtmantel Aluminium, insbesondere hochreines Aluminium, aufweisen.In another embodiment, the wire core can for example comprise copper or alloyed aluminum and / or the wire jacket can comprise aluminum, in particular high-purity aluminum.
In manchen Anwendungen eignen sich insbesondere Drähte, bei denen das Verhältnis der Querschnittsfläche des Drahtkerns zur Querschnittsfläche des Drahtmantels kleiner oder gleich 1:1 ist.In some applications, wires in which the ratio of the cross-sectional area of the wire core to the cross-sectional area of the wire jacket is less than or equal to 1: 1 are particularly suitable.
Es eignen sich beispielsweise Bonddrähte mit einem Durchmesser zwischen 50 µm und 500 µm , insbesondere Drähte, deren Durchmesser mehr als 75 µm oder mehr als 80 µm oder mehr als 100 µm betragen und/oder insbesondere solche Drähte, deren Durchmesser weniger als 400 µm oder weniger als 300 µm oder im Wesentlichen 125 µm oder 200 µm betragen.For example, bonding wires with a diameter between 50 μm and 500 μm are suitable, in particular wires whose diameter is more than 75 μm or more than 80 μm or more than 100 μm and / or in particular those wires whose diameter is less than 400 μm or less than 300 µm or essentially 125 µm or 200 µm.
In der vorliegenden Anmeldung wird der Begriff „leitfähig“ verwendet. Dieser bezieht sich insbesondere auf Materialien mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mehr als 104 S/cm.In the present application, the term “conductive” is used. This relates in particular to materials with an electrical conductivity of more than 10 4 S / cm.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Ultraschallwandlervorrichtung / UltraschallsensorUltrasonic transducer device / ultrasonic sensor
- 22
- Erstes GehäuseteilFirst housing part
- 33
- Zweites GehäuseteilSecond housing part
- 3a3a
- Unterer Abschnitt des zweiten GehäuseteilsLower section of the second housing part
- 3b3b
- Oberer Abschnitt/ Deckel des zweiten GehäuseteilsUpper section / cover of the second housing part
- 44th
- Entkopplung/DichtungDecoupling / sealing
- 55
- Membranmembrane
- 66th
- WandlerelementTransducer element
- 77th
- Keramische SchichtCeramic layer
- 88th
- Zweite/obere ElektrodeSecond / top electrode
- 99
- Erste/untere ElektrodeFirst / lower electrode
- 1010
- Elektrisches Kontaktelement/PinElectrical contact element / pin
- 1111
- BonddrahtBond wire
- 1212
- Durchbruch / DurchführungBreakthrough / implementation
- 1313
- ZuleitungSupply line
- 1414th
- Weiteres elektrisches Kontaktelement/weiterer PinAnother electrical contact element / further pin
- 1515th
- Weiterer BonddrahtAnother bond wire
- 1616
- DrahtkernWire core
- 1717th
- DrahtmantelWire jacket
- 21-2521-25
- VerfahrensschritteProcedural steps
- A - DA - D
- Kontaktpunkte/ BondstellenContact points / bond points
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102017109159 A1 [0002, 0004, 0009]DE 102017109159 A1 [0002, 0004, 0009]
- US 2018/0156901 A1 [0005, 0010, 0087]US 2018/0156901 A1 [0005, 0010, 0087]
- US 2018/0156901 [0005]US 2018/0156901 [0005]
- WO 2012/022404 A2 [0051]WO 2012/022404 A2 [0051]
- EP 2662891 A1 [0051]EP 2662891 A1 [0051]
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2019
- 2019-05-07 DE DE102019111741.0A patent/DE102019111741A1/en active Pending
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