DE10360214A1 - Detector measuring (especially IR) radiation e.g. in automobile-application gas concentration determinations can be mounted in a claimed sensor module and is chip- based - Google Patents

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Abstract

A detector measuring (especially IR) radiation has (A) a carrier chip (2) with a radiation-detecting optically transparent zone (20) and, outside this, an edge zone forming a mounting surface (21); (B) a cap (3) sealed onto the chip (2); and (C) between chip (2) and cap (3) a detection chamber (4) in which above the transparent zone (20) is a device (6) for measuring the radiation entering below transparent zone (20). An independent claim is also included for a sensor module comprising (A) a housing (26,29) enclosing a chamber (30) filled with a passivating material (31) and having a base (28) with at least one window (35) for entry of radiation, there being a lead frame (40) stretching outwardly from chamber (30); and (B) a radiation detector (1) of the above type fixed in the chamber (30) and contacting a leadframe (40), the transparent zone (20) and measuring device (6) being in the radiation path above window (35).

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor und ein Sensormodul mit einem derartigen Strahlungsdetektor, die insbesondere zur Messung von infraroter (IR)-Strahlung verwendbar sind und für Messungen von Gaskonzentrationen in Automobilanwendungen eingesetzt werden können.The The invention relates to a radiation detector and a sensor module with such a radiation detector, in particular for the measurement of infrared (IR) radiation and for measurements of gas concentrations in automotive applications can.

Derartige Strahlungsdetektoren bzw. optische Detektoren dienen insbesondere zur Detektion von Einzelgasen in Gasgemischen. Die Einzelgase absorbieren infrarote Strahlung (IR-Strahlung) jeweils in spezifischen Wellenlängenbereichen, so dass durch Messung der Absorption der Strahlung auf einer Messstrecke zwischen einer Infrarot-Strahlungsquelle und dem Infrarot-Detektor Daten über die Konzentration des betreffenden Einzelgases in dem Gasgemisch erhalten werden können. Die Auswahl des spezifischen Wellenlängenbereiches wird im Allgemeinen durch ein Strahlungsfilter bzw. optisches Filter bei der Strahlungsquelle oder dem Detektor vorgenommen. Hierbei wird vorteilhafterweise das Messergebnis mit einer Referenzmessung eines Referenzwellenlängenbereichs in Verhältnis gesetzt, wozu mehrere Infrarot-Detektoren mit unterschiedlichen Strahlungsfiltern nebeneinander gesetzt werden können. Die meisten Infrarot-Sensoren weisen oftmals in Bulk-Mikromechanik hergestellte offene Detektorchips mit einer Membran und Thermopile-Elementen auf, bei denen die Absorption der infraroten Strahlung in einer über den Thermopile-Elementen befindlichen Absorberschicht eine Temperaturänderung bewirkt, welche als Thermospannung ermittelt wird Der offene Thermopile-Chip und der Strahlungsfilter wird hierbei im Allgemeinen entweder in ein Metallgehäuse, dem sogenannten TO-Gehäuse, oder in einem Premold-Gehäuse aus Kunststoff aufgenommen. Bei derartigen Metall- und Premold-Gehäusen sitzen die offenen Thermopile-Chips in herkömmlicher Weise auf dem Gehäuseboden, während die Strahlungsfilter in die jeweilige Metallkappe bei TO-Gehäusen oder den Deckel bei Premold-Gehäusen über Öffnungen verklebt sind. Im Premold-Gehäuse ist der Detektorchip mit einem Leadframe des Gehäuses über Bonddrähte verbunden.such Radiation detectors or optical detectors are used in particular for the detection of individual gases in gas mixtures. The individual gases absorb infrared radiation (IR radiation) in specific wavelength ranges, so by measuring the absorption of the radiation on a measuring section between an infrared radiation source and the infrared detector data on the concentration of the respective individual gas can be obtained in the gas mixture. The Selection of the specific wavelength range is generally a radiation filter or optical filter made at the radiation source or the detector. in this connection is advantageously the measurement result with a reference measurement a reference wavelength range in proportion set, including several infrared detectors with different Radiation filters can be placed side by side. Most infrared sensors often have open-microfabricated detector chips made in bulk micromechanics with a membrane and thermopile elements on which the absorption the infrared radiation in one above the thermopile elements located absorber layer causes a temperature change, which as Thermoelectric voltage is determined The open Thermopile chip and the radiation filter This is generally either in a metal housing, the so-called TO housing, or in a premold case made of plastic. In such metal and Premold housings sit the open Thermopile chips in a conventional manner on the housing bottom, while the Radiation filter in the respective metal cap in TO packages or the lid on Premold housings over openings are glued. In the premold case the detector chip is connected to a leadframe of the housing via bonding wires.

Nachteilhaft an derartigen Sensormodulen mit im jeweiligen Gehäuseunterteil aufgenommenem Thermopile-Element und in der Kappe verklebtem Filter ist insbesondere, dass die Montage der Filter in die Kappe und damit die Gesamtgehäuse sehr kostspielig in der Herstellung sind und eine Passivierung der Bonddrähte zur Kontaktierung des Detektorchips mit den Bondbereichen des jeweiligen Gehäuses aufgrund der offenen Chipstrukturen schwierig ist oder nicht erfolgt, so dass die Tauglichkeit für die besonderen Belastungen im Automobilbereich, insbesondere bezüglich der Betauung, Korrosion usw. stark verringert ist.disadvantageous on such sensor modules with in each case lower part received Thermopile element and glued in the cap filter In particular, that is the assembly of the filter in the cap and thus the overall case are very expensive to manufacture and have a passivation of Bond wires for contacting the detector chip with the bonding areas of the respective Housing due the open chip structures is difficult or not done so that suitability for the special loads in the automotive sector, in particular with regard to Dewing, corrosion, etc. is greatly reduced.

Sehr stressempfindliche Sensoren werden heute überwiegend in Premold-Gehäuse montiert. In Oberflächenmikromechanik hergestellte Thermopile-Chips, bei denen die Membran und die darauf befindlichen Thermopile-Strukturen sowie die Absorberschicht durch eine hermetisch dichte Chipkappe aus Silizium geschützt sind, können leicht in derartige Gehäuse montiert werden. Mit Drahtbondverbindungen wird ein elektrischer Kontakt hergestellt, woraufhin das Premold-Gehäuse mit einer Passivierung, z.B. einem Gel oder Epoxidharz, vollständig vergossen und anschließend mit einem Deckel verschlossen wird. Da sich die Filterelemente zumeist an dem Gehäusedeckel befinden, erfolgt der Strahlengang somit durch die Passivierung, die jedoch im interessanten Wellenlängenbereich, bei IR-Strahlung z.B. ab 4000 nm, über die gesamte Lebenszeit aufgrund Zersetzung, Verfärbung bei Tempera tureinwirkung, Feuchtigkeitsaufnahme, Verschmutzung usw. möglicherweise nicht ausreichend transparent bleibt, so dass bei derartigen Sensoren ein konstanter optischer Zugang zum Detektorchip auf Dauer nicht gegeben ist.Very Stress-sensitive sensors are nowadays predominantly mounted in a premold housing. In surface micromechanics manufactured thermopile chips, in which the membrane and the one located thereon Thermopile structures and the absorber layer by a hermetically sealed chip cap Silicon protected are, can easy in such housing to be assembled. With wire bonds is an electrical Made contact, whereupon the premold housing with a passivation, e.g. a gel or epoxy resin, completely potted and then with a lid is closed. Since the filter elements mostly on the housing cover Thus, the beam path is through the passivation, however, in the interesting wavelength range, with IR radiation e.g. from 4000 nm, over the entire lifetime due to decomposition, discoloration on tempera- ture, moisture absorption, Pollution, etc. possibly does not remain sufficiently transparent, so that in such sensors a constant optical access to the detector chip in the long term not given is.

Der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor und das erfindungsgemäße Sensormodul mit einem derartigen Strahlungsdetektor weisen demgegenüber insbesondere den Vorteil auf, dass eine einfache und kostengünstige Montage möglich ist.Of the Radiation detector according to the invention and the sensor module according to the invention with such a radiation detector, in contrast, in particular the advantage that a simple and inexpensive installation is possible.

Erfindungsgemäß können bei dem in Oberflächenmikromechanik hergestellte Sensorchip die relevanten Filterschichten bereits auf der Chipunterseite angebracht sein und die Membran mit den Thermoelementen und der Absorptionsschicht durch eine hermetisch verschlossene Chipkappe geschützt sein, so dass eine Montage des Chips in ein Gehäuse mit einer Öffnung im Gehäuseboden mittels eines Standard- Pick & Place Prozesses möglich ist. Alle Bondverbindungen, sowohl Drahtbonds zwischen der Detektorchipanordnung und dem Leadframe des Gehäuses als auch zwischen den Chipverbindungen selbst und der Chipverbindung zum Gehäuseboden, können durch Passivierungsmittel oder den zur Befestigung verwendeten Klebstoff sicher passiviert werden. Da der Strahlengang nicht durch die Passivierung und den Deckel des Gehäuses verläuft und der zwischen Kappe und Trägerchip gebildete Detektorraum, in dem die Strahlungsmesseinrichtung aus z. B. Membran und Thermopile-Elementen angeordnet ist, gegenüber dem Gehäuseinnenraum abgedichtet ist, können Standard-Passivierungen, z.B. Gele, in dem Gehäuseinnenraum als Passivierungsmaterial verwendet werden.According to the invention can in in surface micromechanics manufactured sensor chip the relevant filter layers already on the chip base and the membrane with the thermocouples and the absorption layer through a hermetically sealed chip cap be protected allowing a mounting of the chip in a housing with an opening in the caseback using a standard pick & place Process possible is. All bonds, both wire bonds between the detector chip assembly and the leadframe of the enclosure as well as between the chip connections themselves and the chip connection to the caseback, can through Passivating agent or the adhesive used for attachment be passivated safely. Because the beam path is not due to the passivation and the lid of the case extends and the between cap and carrier chip formed detector space in which the radiation measuring device of z. B. membrane and thermopile elements is disposed opposite to Housing interior is sealed, can Standard passivations, e.g. Gels, in the housing interior as Passivierungsmaterial be used.

Die Kappe bzw. Chipkappe kann insbesondere ebenfalls monolithisch ausgebildet und z.B. mit dem Trägerchip mittels eines Sealglases verbunden werden. Grundsätzlich können zwischen Trägerchip und Kappe ein oder mehrere Zwischenschichten vorgesehen sein; relevant ist hierbei die Ausbildung der hermetisch dichtenden Verbindung.The Cap or chip cap can in particular also be monolithic and e.g. with the carrier chip be connected by means of a sealing glass. Basically, between Carrier chip and Cap be provided one or more intermediate layers; relevant Here is the formation of the hermetically sealed connection.

Für das Sensormodul kann ein automotiv-taugliches Gehäuse (z.B. ein Premold-Gehäuse) verwendet werden, in welchem im Bodenbereich unterhalb des transparenten Bereichs des Trägerchips ein oder mehrere Fenster frei gelassen werden. Hierbei ist der Sensorchip vorteilhafterweise vollständig aus einem für die zu detektierende IR-Strahlung transparenten Material, z.B. kristallinem Silizium, hergestellt, so dass nicht nur der als „transparenter Bereich" bezeichnete Bodenbereich, sondern der ganze Chip transparent ist. Das erfindungsgemäße Sensormodul kann nachfolgend auf ein Substrat, insbesondere eine Leiterplatte, mit einem entsprechenden Substratfenster unterhalb des Fensters des Gehäuses gesetzt werden. Hierbei wird das Gehäuse des Sensormoduls über den Leadframe und gegebenenfalls ergänzend über ein am Gehäuseboden freiliegendes die-pad (sog. „exposed die-pad") am Boden des Gehäuses auf dem Substrat befestigt, wodurch auch eine thermische Ankopplung erreicht werden kann. Die gesamte Anordnung ist mechanisch belastbar und wird auch bei Betauung und Schmutzeinwirkung von oben auf das Sensormodul nicht nachteilhaft beeinflusst, da der Strahlengang wirksam abgeschirmt wird.For the sensor module For example, an automotive-grade housing (e.g., a premold housing) may be used be in which in the bottom area below the transparent area of the carrier chip or more windows are left blank. Here is the sensor chip advantageously completely off one for the IR radiation to be detected transparent material, e.g. crystalline Silicon, so that not only the so-called "transparent area" but the whole chip is transparent. The sensor module according to the invention may be subsequent to a substrate, in particular a printed circuit board, with a corresponding substrate window below the window of the housing be set. Here, the housing of the sensor module on the Leadframe and if necessary additionally via a at the bottom of the case exposed die-pad (so-called "exposed the-pad ") on the bottom of the housing attached to the substrate, whereby a thermal coupling can be achieved. The entire arrangement is mechanically resilient and is also at condensation and dirt from above on the Sensor module not adversely affected because the beam path effective is shielded.

Erfindungsgemäß wird insbesondere auch eine Vielzahl von Möglichkeiten der Montage weiterer optischer Filter vor der Strahlungsmesseinrichtung geschaffen, z. B. unter dem Gehäuse oder unter oder auf dem Substrat. Hierdurch kann insbesondere eine Vielzahl verschiedener Einzelgase in einem Gasgemisch durch verschiedene Strahlungsfilter nachgewiesen werden.In particular, according to the invention also a lot of possibilities the installation of additional optical filters in front of the radiation measuring device created, z. B. under the housing or under or on the substrate. This can in particular a variety different individual gases in a gas mixture by different Radiation filters are detected.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the accompanying drawings on some embodiments explained in more detail. It demonstrate:

1a, 1b einen Vertikalschnitt und Horizontalschnitt durch einen Strah lungsdetektor gemäß einer Ausführungsform; 1a . 1b a vertical section and horizontal section through a radiation exposure detector according to an embodiment;

2 einen Schnitt durch ein Sensormodul mit einem Premold-Gehäuse mit an der Gehäuseunterseite freiliegendem diepad und dem Strahlungsdetektor aus 1; 2 a section through a sensor module with a premold housing with exposed at the bottom of the housing diepad and the radiation detector 1 ;

3 das Sensormodul aus 2 bei Anbringung auf einem Substrat und mit Anbindung des diepads an das Substrat; 3 the sensor module off 2 when mounted on a substrate and with the diepad attached to the substrate;

4 das Sensormodul aus 3 mit einem zusätzlichen Strahlungsfilter auf der Substratunterseite; 4 the sensor module off 3 with an additional radiation filter on the underside of the substrate;

5 eine zu 2 alternative Ausführungsform eines Sensormoduls mit dem Strahlungsdetektor aus 1 und einem Premold-Gehäuse ohne diepad; 5 one too 2 alternative embodiment of a sensor module with the radiation detector from 1 and a premold case without diepad;

6 das Sensormodul aus 5 bei Anbringung auf einem Substrat; 6 the sensor module off 5 when mounted on a substrate;

7 das Sensormodul aus 6 mit zusätzlichem Strahlungsfilter auf der Substratunterseite; 7 the sensor module off 6 with additional radiation filter on the underside of the substrate;

8 eine zu den 2 und 5 alternative Ausführungsform eines Sensormoduls mit mit dem Strahlungsdetektor aus 1 und einem Premold-Gehäuse ohne diepad und mit einer Kavität auf der Gehäuseunterseite; 8th one to the 2 and 5 alternative embodiment of a sensor module with with the radiation detector from 1 and a premold housing without the pad and with a cavity on the housing bottom;

9 das Sensormodul aus 8 bei Anbringung auf einem Substrat und zusätzlichem Strahlungsfilter in der Kavität der Gehäuseunterseite. 9 the sensor module off 8th when mounted on a substrate and additional radiation filter in the cavity of the bottom of the housing.

Ein Strahlungsdetektor 1 bzw. optischer Detektor weist einen Trägerchip 2, eine auf dem Trägerchip 2 angebrachte Kappe 3 und einen zwischen dem Trägerchip 2 und der Kappe 3 ausgebildeten Detektorraum 4 auf, in dem sich funktionsbedingt ein Vakuum befinden kann. Der Trägerchip 2 und vorteilhafterweise auch die Kappe 3 sind hierbei als Silizium-Chips ausgebildet und in einem Verbindungsbereich 5 um den Detektorraum 4 herum miteinander z.B. durch eine Sealglasverbindung hermetisch dichtend verbunden. In dem Detektorraum 4 ist eine Strahlungsmesseinrichtung 6 vorgesehen, die eine z. B. zwischen dem Trägerchip 2 und der Kappe 3 ausgebildete Membran 10 und eine auf der Membran vorgesehene Thermopile-Struktur 12 mit darüber liegender Absorberschicht 13 aufweist, die in an sich bekannter Weise auftreffende Infrarot (IR)-Strahlung als Temperaturerhöhung durch die auftretende Thermospannung ermitteln kann. Die Thermopile-Struktur 12 ist über Leiterbahnen 14, die durch den Verbindungsbereich 5 zwischen Trägerchip 2 und Kappe 3 verlaufen, mit Bondpads 15 verbunden, die der Kontaktierung dienen.A radiation detector 1 or optical detector has a carrier chip 2 , one on the carrier chip 2 attached cap 3 and one between the carrier chip 2 and the cap 3 trained detector room 4 on, in which functionally a vacuum can be. The carrier chip 2 and advantageously also the cap 3 are designed as silicon chips and in a connection area 5 around the detector room 4 around each other hermetically sealed, for example, by a Sealglasverbindung. In the detector room 4 is a radiation measuring device 6 provided that a z. B. between the carrier chip 2 and the cap 3 formed membrane 10 and a thermopile structure provided on the membrane 12 with overlying absorber layer 13 has, which can detect incident in a known manner infrared (IR) radiation as a temperature increase by the occurring thermal voltage. The thermopile structure 12 is via tracks 14 passing through the connection area 5 between carrier chip 2 and cap 3 run, with bondpads 15 connected, which serve the contact.

Auf einer Unterseite 19 des Trägerchips 2 ist in einem mittleren oder auch im gesamten Bereich unterhalb der Strahlungsmesseinrichtung 6 ein für die zu detektierende Strahlung optisch transparenter Bereich 20 ausgebildet, um den herum oder an dessen Randbereich ein als minimale Klebefläche dienender Befestigungsrand 21 zur Montage in einem Gehäuse ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist der ganze Trägerchip aus diesem transparenten Material, z.B. kristallinem, undotierten Silizium, hergestellt.On a bottom 19 the carrier chip 2 is in a middle or even in the entire area below the radiation measuring device 6 an optically transparent region for the radiation to be detected 20 formed around or at its edge region serving as a minimal adhesive surface mounting edge 21 is designed for mounting in a housing. Advantageously, the entire carrier chip made of this transparent material, for example, crystalline, undoped silicon produced.

Erfindungsgemäß kann auf der Unterseite 19 des Trägerchips 2 ein ein- oder mehrschichtiger Strahlungsfilter 23 vorgesehen sein, der sich über den optisch transparenten Bereich 20 der Unterseite 19 erstreckt. Dabei wird das Silizium des Trägerchips 2 als Trägersubstrat verwendet und die bekannte hohe Transmission von langwelliger infraroter Strahlung durch Silizium ausgenutzt. Durch die Montage von zwei Strahlungsdetektorchips 1 mit jeweili gen Strahlungsfiltern 23 bzw. Filterschichten, z.B. für Kohlendioxid an einem Chip und für eine Referenzwellenlänge an dem anderen Chip, in einem Gehäuse mit zwei Öffnungen im Gehäuseboden, können zweikanalige Messsysteme entwickelt werden, die aufgrund der Differenzbildung der beiden Messsignale Driften und Schwankungen ausgleichen können.According to the invention can on the bottom 19 the carrier chip 2 a single or multi-layer radiation filter 23 be provided, which extends over the optically transparent area 20 the bottom 19 extends. In this case, the silicon of the carrier chip 2 used as a carrier substrate and exploits the known high transmission of long-wave infrared radiation through silicon. By mounting two radiation detector chips 1 with respective radiation filters 23 or filter layers, for example for carbon dioxide on a chip and for a reference wavelength on the other chip, in a housing with two openings in the housing bottom, two-channel measuring systems can be developed, which can compensate for drift and fluctuations due to the difference of the two measurement signals.

Ein oder mehrere Strahlungsdetektoren 1 aus 1 werden erfindungsgemäß in einem Sensormodul aufgenommen, das z. B. gemäß dem Sensormodul 25 aus 2 einem Premold-Gehäuse 26 und einen das Premold-Gehäuse 26 nach oben verschließenden Deckel 29 aufweist, die einen Gehäuse-Innenraum 30 umgeben, der mit einem Passivierungsmittel, z. B. einem Passivierungsgel 31 ganz oder teilweise gefüllt ist. Bei der Ausführungsform der 2 ist im Gehäuseboden 28 des Premold-Gehäuses 26 eine Öffnung 32 ausgebildet, in der ein die-pad 34 mit einem oder mehreren Fenster(n) 35 vorgesehen ist. Auf der Oberseite 36 des die-pads 34 ist der Strahlungsdetektor 1 aufgesetzt und z. B. durch Leitkleber oder Lot 39 kontaktiert. Weiterhin erfolgt eine Kontaktierung der Bondpads 15 des Strahlungsdetektors 1 über Drahtbonds 41 mit sich durch das Premold-Gehäuse 26 erstreckenden Leadframeanschlüsse 40 eines Leadframes bzw. Anschlusspins. Eine Unterseite 42 des die-pads 34, d. h. der nach unten freiliegende Teil des die-pads 34, dient zusammen mit den Leadframeanschlüssen zur Befestigung und elektrischen Kontaktierung des Sensormoduls 25.One or more radiation detectors 1 out 1 are inventively included in a sensor module z. B. according to the sensor module 25 out 2 a premold case 26 and one the premold case 26 upwards closing lid 29 which has a housing interior 30 surrounded with a Passivierungsmittel, z. B. a passivation gel 31 completely or partially filled. In the embodiment of the 2 is in the case back 28 of the premold housing 26 an opening 32 trained in a die-pad 34 with one or more windows 35 is provided. On the top 36 of the pads 34 is the radiation detector 1 put on and z. B. by conductive adhesive or solder 39 contacted. Furthermore, a contacting of the bond pads takes place 15 of the radiation detector 1 over wire bonds 41 with it through the premold housing 26 extending leadframe connections 40 a leadframe or connection pin. A bottom 42 of the pads 34 ie the downwardly exposed part of the pads 34 , serves together with the leadframe connections for mounting and electrical contacting of the sensor module 25 ,

Von außen eintreffende IR-Strahlung S kann durch das als Freiraum ausgebildete Fenster 35 des Premold-Gehäuses 26 und den transparenten Bereich 20 des Trägerchips 2 zu der Strahlungsmesseinrichtung 6 gelangen.From the outside incident IR radiation S can through the designed as a free space window 35 of the premold housing 26 and the transparent area 20 the carrier chip 2 to the radiation measuring device 6 reach.

Die Ausführungsform der 3 zeigt ein Sensormodul 45, bei dem das Sensormodul 25 der Ausführungsform der 2 auf einem Substrat 46, z. B. einer Leiterplatte befestigt und kontaktiert ist. Das Sensormodul 25 ist hierbei über die Leadframeanschlüsse 40 und die Unterseite 42 des die-pads 34 mittels Lot 49 oder Leitkleber auf dem Substrat 46 befestigt. Hierbei ist unterhalb des Fensters 35 sowie des transparenten Bereichs 20 ein Substratfenster 50 im Substrat 46 ausgebildet. Strahlung S kann somit durch die Fenster 49, 35 und den transparenten Bereich 20 zu der Strahlungsmesseinrichtung 6 gelangen. Indem das Substrat 46 eine Leiterplatte ist, können die Leadframeanschlüsse 40 sowie der die-pad 34 mit entsprechenden Zuführungen auf der Leiterplatte 46 kontaktiert werden, insbesondere Zuführungen zur Signalaufnahme.The embodiment of the 3 shows a sensor module 45 in which the sensor module 25 the embodiment of the 2 on a substrate 46 , z. B. a circuit board attached and contacted. The sensor module 25 is here via the lead frame connections 40 and the bottom 42 of the pads 34 by means of solder 49 or conductive adhesive on the substrate 46 attached. Here is below the window 35 as well as the transparent area 20 a substrate window 50 in the substrate 46 educated. Radiation S can thus pass through the windows 49 . 35 and the transparent area 20 to the radiation measuring device 6 reach. By the substrate 46 is a printed circuit board, the leadframe connectors can 40 as well as the die-pad 34 with appropriate feeds on the circuit board 46 be contacted, in particular feeders for signal recording.

Bei der Ausführungsform der 4 ist gegenüber der Ausführungsform der 3 zusätzlich ein Strahlungsfilter 51 auf der Unterseite des Substrats 46 unterhalb des Fensters 50 mittels z.B. einer Klebeverbindung 52 angebracht. Strahlung S wird somit durch das Filter 51 gefiltert und gelangt durch die Fenster 50 und 35 zu dem Messbereich 6. Hierdurch können mehrere Strahlungsfilter für in lateraler Richtung beabstandete Strahlungsmesseinrichtungen 6 vertikal getrennt angebracht werden. Alternativ hierzu kann auch auf das Strahlungsfilter 23 in dem Strahlungsdetektor 1 verzichtet werden, so dass dessen Aufbau vereinfacht werden kann.In the embodiment of the 4 is opposite to the embodiment of 3 in addition a radiation filter 51 on the bottom of the substrate 46 below the window 50 by means of eg an adhesive connection 52 appropriate. Radiation S is thus through the filter 51 filtered and passes through the windows 50 and 35 to the measuring range 6 , As a result, a plurality of radiation filters for radiation measuring devices spaced apart in the lateral direction can be provided 6 be mounted vertically separately. Alternatively, can also on the radiation filter 23 in the radiation detector 1 be omitted, so that its structure can be simplified.

Bei der Ausführungsform der 5 weist das Premold-Gehäuse 26 kein die-pad zur Befestigung und Kontaktierung auf dem Substrat auf. Der Strahlendurchgang von der Unterseite erfolgt bei dieser Ausführungsform durch ein Substratfenster 54, das somit die Funktion des Fensters 35 im die-pad der 2 übernimmt. Somit treten Strahlen S durch das Substratfenster 54 im Premold-Gehäuse 26 und gelangen durch den optisch transparenten Bereich 20 des Strahlungsdetektors 1 zu der Strahlungsmesseinrichtung 6. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Strahlungsdetektor 1 über seinen Randbereich 21 mittels einer Klebeverbindung 39 auf dem Premold-Gehäuse 26 befestigt.In the embodiment of the 5 has the premold case 26 no die pad for mounting and contacting on the substrate. The beam passage from the bottom takes place in this embodiment through a substrate window 54 , thus the function of the window 35 in the pad of the 2 takes over. Thus, rays S pass through the substrate window 54 in the premold housing 26 and pass through the optically transparent area 20 of the radiation detector 1 to the radiation measuring device 6 , Also in this embodiment, the radiation detector 1 over its edge area 21 by means of an adhesive connection 39 on the premold case 26 attached.

Gemäß 6 wird ein Sensormodul 45 aus dem Sensormodul 25 der 5 und dem Substrat 46 gebildet, bei dem die Befestigung und Kontaktierung des Premold-Gehäuses 26 auf dem Substrat 46 allein über die Leadframeanschlüsse 40 erfolgt. Entsprechend 3 ist das Substratfenster 50 unterhalb des Fensters 54 vorgesehen.According to 6 becomes a sensor module 45 from the sensor module 25 of the 5 and the substrate 46 formed during which the attachment and contacting of the premold housing 26 on the substrate 46 solely via the leadframe connections 40 he follows. Corresponding 3 is the substrate window 50 below the window 54 intended.

Bei der Ausführungsform der 7 ist gegenüber der Ausführungsform der 6 wiederum, zusätzlich ein Strahlungsfilter 56 z.B. durch eine Klebeverbindung 50 an der Unterseite des Substrats 46 vor dem Fenster 50 befestigt. Bei dieser Ausführungsform können somit die Strahlungsfilter 23 bzw. Filterschichten der 1 ganz oder teilweise weggelassen werden oder zusätzlich beibehalten werden. Am Substrat können wiederum mehrere Strahlungsfilter lateral nebeneinander identisch den Öffnungen am Gehäuse angebracht sein, um Messungen in verschiedenen Wellenlängenbereichen mit einem Gehäuse zu ermöglichen.In the embodiment of the 7 is opposite to the embodiment of 6 again, in addition a radiation filter 56 eg by an adhesive connection 50 at the bottom of the substrate 46 in front of the window 50 attached. In this embodiment, therefore, the radiation filters 23 or filter layers of 1 be completely or partially omitted or additionally maintained. In turn, a plurality of radiation filters can be attached to the substrate laterally identical to the openings on the housing on the substrate in order to allow measurements in various wavelength ranges with a housing.

Bei der Ausführungsform der 8 weist die Unterseite 60 des Premold-Gehäuses 26 eine Vertiefung 61 auf. Auch bei dieser Ausführungsform ist entsprechend der Ausführungsform der 5 ein Fenster 54 im Boden des Premold-Gehäuses 26 ausgebildet und der Strahlungsdetektor 1 mittels einer Verbindung 39 direkt auf dem Boden des Premold-Gehäuses 26 befestigt, wobei eine Kontaktierung über Drahtbonds 41 von Bondpads 15 zu den Leadframeanschlüssen 40 erfolgt. Bei dieser Ausführungsform ist in der Vertiefung 61 ein Strahlungsfilter 62 über z.B. eine Klebeverbindung 63 auf der Unterseite 60 des Premoldgehäuses 26 angebracht; durch die Vertiefung 61 steht das Strahlungsfilter 62 nicht nach unten vor. Auch das Strahlungsfilter 62 kann zusätzlich oder anstelle der Strahlungsfilter im Strahlungsdetektor 1 vorgesehen sein; weiterhin können wiederum mehrere Strahlungsfilter lateral nebeneinander identisch den Öffnungen am Gehäuse angebracht sein, um Messungen in verschiedenen Wellenlängenbereichen mit einem Gehäuse zu ermöglichen.In the embodiment of the 8th has the bottom 60 of the premold housing 26 a depression 61 on. Also in this embodiment, according to the embodiment of the 5 a window 54 in the bottom of the premold housing 26 trained and the radiation detector 1 by means of a connection 39 directly on the bottom of the premold housing 26 attached, being a contact via wire bonds 41 from bondpads 15 to the leadframe connections 40 he follows. In this embodiment, in the recess 61 a radiation filter 62 via eg an adhesive connection 63 on the bottom 60 of the premold housing 26 appropriate; through the depression 61 is the radiation filter 62 not down before. Also the radiation filter 62 may additionally or instead of the radiation filter in the radiation detector 1 be provided; Furthermore, a plurality of radiation filters may in turn be mounted side by side identically to the openings on the housing, in order to allow measurements in different wavelength ranges with a housing.

Bei der Ausführungsform der 8 kann grundsätzlich ein Gasaustausch zwischen dem Gasvolumen im Bereich des Fensters 54, d.h. zwischen dem Strahlungsdetektor 1 und dem Strahlungsfilter 62, mit einem Außenraum 64 möglich sein, z.B. durch einen Kanal oder eine andere Verbindung. Grundsätzlich kann das Gasvolumen im Bereich des Fensters 54 auch eingeschlossen und von dem Außenraum 64 getrennt sein.In the embodiment of the 8th can in principle be a gas exchange between the gas volume in the region of the window 54 ie between the radiation detector 1 and the radiation filter 62 , with an outdoor space 64 be possible, eg by a channel or another connection. Basically, the gas volume in the area of the window 54 also enclosed and from the outside space 64 be separated.

Bei der Ausführungsform der 9 ist das Sensormodul 25 aus 8 wiederum auf einem Substrat 46, z.B. einer Leiterplatte mit Fenster 50 entsprechend den obigen Ausführungsformen montiert. Auch hier können weitere Strahlungsfilter auf der Substratunterseite vor dem Fenster 50 montiert sein.In the embodiment of the 9 is the sensor module 25 out 8th again on a substrate 46 , eg a printed circuit board with a window 50 mounted according to the above embodiments. Again, you can add more radiation filters on the underside of the substrate in front of the window 50 be mounted.

Claims (13)

Strahlungsdetektor zur Messung von Strahlung, insbesondere infraroter Strahlung, der mindestens aufweist: einen Trägerchip (2) mit einem für die zu detektierende Strahlung (S) optisch transparenten Bereich (20) und einem außerhalb des optisch transparenten Bereichs (20) vorgesehenen Randbereich (21) zur Ausbildung einer Befestigungsfläche, eine auf dem Trägerchip (2) dichtend angebrachte Kappe (3), einen zwischen dem Trägerchip (2) und der Kappe (3) ausgebildeten Detektorraum (4), in dem oberhalb des optisch transparenten Bereichs (20) eine Strahlungsmesseinrichtung (6) zur Messung der von unten durch den optisch transparenten Bereich (20) eintretenden Strahlung (S) angeordnet ist.Radiation detector for measuring radiation, in particular infrared radiation, comprising at least: a carrier chip ( 2 ) with an area optically transparent to the radiation (S) to be detected ( 20 ) and one outside the optically transparent region ( 20 ) edge area ( 21 ) for forming a mounting surface, one on the carrier chip ( 2 ) sealingly attached cap ( 3 ), one between the carrier chip ( 2 ) and the cap ( 3 ) trained detector space ( 4 ), in which above the optically transparent region ( 20 ) a radiation measuring device ( 6 ) for measuring from below through the optically transparent region ( 20 ) incoming radiation (S) is arranged. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsmesseinrichtung eine Thermopile-Messeinrichtung (6) zur Messung der durch den optisch transparenten Bereich (20) eintretenden IR-Strahlung (S) ist und eine Membran (10) aufweist, auf der eine Thermopile-Struktur (12) mit einer Absorptionsschicht (13) zur Absorption der Strahlung angebracht ist.Radiation detector according to claim 1, characterized in that the radiation measuring device comprises a thermopile measuring device ( 6 ) for measuring through the optically transparent region ( 20 ) incoming IR radiation (S) and a membrane ( 10 ), on which a thermopile structure ( 12 ) with an absorption layer ( 13 ) is attached to absorb the radiation. Strahlungsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (10) zwischen dem Trägerchip (2) und der Kappe (3) ausgebildet ist.Radiation detector according to claim 2, characterized in that the membrane ( 10 ) between the carrier chip ( 2 ) and the cap ( 3 ) is trained. Strahlungsdetektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerchip (2) und die Kappe (3) durch eine hermetisch dichtende Verbindungsschicht (5) verbunden sind, die den Detektorraum (4) nach außen abdichtet, und durch, über oder unter dieser Verbindungsschicht (5) Leiterbahnen (14) verlau fen, die die Strahlungsmesseinrichtung (6) mit außerhalb des Detektorraums (4) vorgesehenen Bondpads (15) kontaktieren.Radiation detector according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier chip ( 2 ) and the cap ( 3 ) by a hermetically sealing compound layer ( 5 ) are connected to the detector space ( 4 ) seals to the outside, and through, over or under this connection layer ( 5 ) Conductor tracks ( 14 ) run the radiation measuring device ( 6 ) with outside of the detector space ( 4 ) provided bond pads ( 15 ) to contact. Sensormodul zur Messung von Strahlung, insbesondere Infrarot-Strahlung (S), für einen Gassensor, mit einem Gehäuse (26, 29), das einen mit einem Passivierungsmaterial (31) gefüllten Gehäuseinnenraum (30) umgibt und einen Gehäuseboden (28) mit mindestens einem Fenster (35, 54) zum Durchtritt der zu messenden Strahlung (S) aufweist, wobei ein Leadframe (40) sich von dem Gehäuseinnenraum (30) durch das Gehäuse (26, 29) nach außen erstreckt, und einem Strahlungsdetektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, der im Gehäuseinnenraum (30) befestigt und mit dem Leadframe (40) kontaktiert ist, wobei der optisch transparente Bereich (20) und die Strahlungsmesseinrichtung (6) des Strahlungsdetektors (1) im Strahlengang oberhalb des Fensters (35, 54) angeordnet sind.Sensor module for measuring radiation, in particular infrared radiation (S), for a gas sensor, having a housing ( 26 . 29 ), one with a passivation material ( 31 ) filled housing interior ( 30 ) and a housing bottom ( 28 ) with at least one window ( 35 . 54 ) to the passage of the radiation to be measured (S), wherein a leadframe ( 40 ) from the housing interior ( 30 ) through the housing ( 26 . 29 ) extends to the outside, and a radiation detector ( 1 ) according to one of the preceding claims, in the housing interior ( 30 ) and with the leadframe ( 40 ), wherein the optically transparent region ( 20 ) and the radiation measuring device ( 6 ) of the radiation detector ( 1 ) in the beam path above the window ( 35 . 54 ) are arranged. Sensormodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Premold-Gehäuse (26) und einen an diesem befestigten Deckel (29) aufweist, die den Gehäuseinnenraum (30) mit dem Passivierungsmaterial (31) umgeben.Sensor module according to claim 5, characterized in that the housing is a premold housing ( 26 ) and a lid attached thereto ( 29 ), which the housing interior ( 30 ) with the passivation material ( 31 ) surround. Sensormodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuseboden (28) ein die-pad (34) mit einer kontaktierbaren Oberseite (36), auf der der Strahlungsdetektor (1) kontaktiert ist, und einer kontaktierbaren Unterseite (42) zur Anbringung auf einem Substrat (46) vorgesehen ist, wobei in dem die-pad (34) mindestes ein Fenster (35) zum Durchtritt der zu messenden Strahlung (S) ausgebildet ist.Sensor module according to claim 5 or 6, characterized in that in the housing bottom ( 28 ) a die-pad ( 34 ) with a contactable upper side ( 36 ) on which the radiation detector ( 1 ), and a contactable underside ( 42 ) for mounting on a substrate ( 46 ), wherein in the die pad ( 34 ) at least one window ( 35 ) is formed for the passage of the radiation to be measured (S). Sensormodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite (60) des Gehäusebodens (28) vor dem Fenster (54) ein Strahlungsfilter (62) angeordnet ist.Sensor module according to one of claims 5 to 7, characterized in that on the underside ( 60 ) of the housing bottom ( 28 ) in front of the window ( 54 ) a radiation filter ( 62 ) is arranged. Sensormodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsfilter (62) in einer Vertiefung (61) an der Unterseite (60) des Gehäusebodens (28) angeordnet ist.Sensor module according to claim 8, characterized in that the radiation filter ( 62 ) in a depression ( 61 ) on the bottom ( 60 ) of the housing bottom ( 28 ) is arranged. Sensormodul nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (26, 29) auf einem Substrat (46) befestigt ist und in dem Substrat (46) unterhalb des Fensters (35, 54) des Gehäusebodens (28) mindestens ein Substratfenster (50) zum Durchtritt der zu messenden Strahlung (S) ausgebildet ist.Sensor module according to one of claims 5 to 9, characterized in that the housing ( 26 . 29 ) on a substrate ( 46 ) and in the substrate ( 46 ) below the window ( 35 . 54 ) of the housing bottom ( 28 ) at least one substrate window ( 50 ) is formed for the passage of the radiation to be measured (S). Sensormodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (26, 29) über seine Leadframeanschlüsse (40) und/oder das die-pad (34) auf dem Substrat (46) kontaktiert ist.Sensor module according to claim 10, characterized in that the housing ( 26 . 29 ) via its leadframe connections ( 40 ) and / or the die pad ( 34 ) on the substrate ( 46 ) is contacted. Sensormodul nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Unterseite (47) des Substrats (46) unterhalb des Substratfenster (50) ein Strahlungsfilter (51, 56) vorgesehen ist.Sensor module according to one of claims 10 or 11, characterized in that on a lower side ( 47 ) of the substrate ( 46 ) below the substrate window ( 50 ) a radiation filter ( 51 . 56 ) is provided. Sensormodul nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere jeweils als Chip ausgebildete Strahlungsdetektoren (1) über mehreren Öffnungen in einem Premold-Gehäuse montiert sind.Sensor module according to one of claims 5 to 12, characterized in that a plurality of each formed as a chip radiation detectors ( 1 ) are mounted over several openings in a premold housing.
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