WO2001084099A1 - Sensor module and a method for the production of the same - Google Patents

Sensor module and a method for the production of the same Download PDF

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WO2001084099A1
WO2001084099A1 PCT/IB2001/000639 IB0100639W WO0184099A1 WO 2001084099 A1 WO2001084099 A1 WO 2001084099A1 IB 0100639 W IB0100639 W IB 0100639W WO 0184099 A1 WO0184099 A1 WO 0184099A1
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WO
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heat
sensor module
conducting element
semiconductor substrate
temperature difference
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PCT/IB2001/000639
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Inventor
Felix Mayer
Ralph Steiner Vanha
Original Assignee
Sensirion Ag
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Publication date
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
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    • G—PHYSICS
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    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6847—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow where sensing or heating elements are not disturbing the fluid flow, e.g. elements mounted outside the flow duct

Definitions

  • the invention relates to a sensor module, a method for its production and a flow sensor according to the preamble of the independent claims.
  • thermopile can be integrated on the semiconductor substrate, which emits a voltage depending on the temperature difference between its contact rows.
  • the task therefore is to provide a sensor module that avoids these problems.
  • a heat-conducting element is therefore provided which is in thermal contact with the temperature difference sensor and via which the sensor module is connected to the object to be measured. This allows the temperature to be guided from the object to be measured to the location of the temperature difference sensor (s). The actual measuring points and the sensor module can thus be separated locally. Nevertheless, the advantageous properties, such as low susceptibility to faults, of a sensor module with integrated temperature difference sensor.
  • the heat-conducting element is preferably partially cast into a housing, which also encloses the semiconductor substrate, so that a mechanically stable structure results.
  • the temperature difference sensor is preferably a thermopile, the contact rows or ends of which are thermally connected to the heat-conducting element or elements. Since such a thermopile has a high electrical internal resistance, its integration on a semiconductor module can reduce the sensitivity to interference in comparison to a structure made up of discrete parts.
  • the semiconductor substrate has a depression or opening between the points to which the heat-conducting element or elements are connected. This reduces the heat flow through the substrate and improves the sensitivity of the sensor.
  • the recess or opening can be ner membrane, so that it remains possible to draw direct lines between the contact locations.
  • the heat flow through the semiconductor substrate can also be reduced by choosing its thickness to be very small.
  • the above-mentioned deepening e.g. are brought up to less than 200 ⁇ m to the opposite side of the substrate, or the substrate can generally have a thickness of less than 200 ⁇ m.
  • a heat source can also be integrated on the semiconductor substrate. This can also be connected to a suitable heat-conducting element, referred to in the claims as the heat-output guide element, in order to conduct the heat to the object to be measured.
  • Evaluation electronics are preferably integrated on the semiconductor substrate. Thanks to the short cable routes to the temperature difference sensor, a very precise and trouble-free measurement can be achieved.
  • the temperature difference sensor is first integrated on the semiconductor substrate. Then it can be connected to the heat-conducting element or elements. This is preferably done in a lead frame. In this case, the heat-conducting element and connecting lines are formed in the lead frame, then connected to the semiconductor substrate and cast into a common housing using known technology.
  • the sensor module is particularly suitable for use in a flow sensor.
  • 1 is a plan view of a semiconductor substrate with a thermopile and evaluation electronics
  • 2 shows the semiconductor substrate according to FIG. 1 with metal bumps
  • FIG. 3 shows the semiconductor substrate according to FIG. 2 with connecting lines and heat-conducting elements
  • FIG. 4 shows the module according to FIG. 3 in a housing
  • Fig. 5 shows a section along line V-V of
  • FIG. 6 shows an enlarged detail from FIG. 5
  • FIG. 7 shows an alternative embodiment to FIG. 4,
  • FIG. 9 shows a fourth embodiment of the sensor component
  • FIG. 10 shows a fifth embodiment of the sensor component
  • FIG. 11 shows an embodiment of the sensor module as a flow sensor
  • FIG. 12 shows a plan view of the sensor module according to FIG. 11,
  • FIG. 14 shows a third embodiment of a flow sensor and FIG. 15 shows a fourth embodiment of a flow sensor.
  • FIG. 1 A first embodiment of the invention in various stages of its manufacturing process is shown in Figs. 1-6.
  • This is a sensor module that is based on a semiconductor substrate 1, as shown in FIG. 1.
  • a thermal acid le 2 integrated on the semiconductor substrate 1, a thermal acid le 2 integrated.
  • This has two contact rows 3, 4, which form their thermal contact locations, and generates a voltage depending on the temperature difference between these two contact rows.
  • the thermopile is connected to evaluation electronics 6 via conductor 5.
  • the evaluation electronics 6 comprise, for example, a preamplifier, an analog-digital converter and a digital processing stage, for example in order to linearize and scale the signal from the thermopile.
  • Connection pads 7 are provided for the electrical connection to the outside world.
  • metal bumps 8 9, 9 are applied to the finished semiconductor substrate 1. These are bumps made of metal, preferably of gold or copper, which lie over the contact rows 3, 4 and make thermal contact with them form.
  • the semiconductor substrate 1 is connected to electrical connecting lines 10 and heat-conducting elements 11, 12.
  • the connecting lines 10 contact the connecting pads 7 and represent the electrical connections of the module.
  • the heat-conducting elements 11, 12 are made of metal with a high thermal conductivity, are in thermal and preferably also physical contact with the metal pumps 8, 9 and provide the thermal connections.
  • the connecting lines 10 and the heat-conducting elements 11, 12 are preferably arranged together in a lead frame, so that they can be connected in one step to the semiconductor substrate 1 in the manner shown in FIG. 3.
  • the arrangement according to FIG. 3 is cast into a plastic housing 14, as shown in FIG. 4.
  • a first part of the heat-conducting elements 11, 12 is poured into the housing, while a second part forms a connecting tongue 11a or 12a.
  • these are equipped with screw holes 16.
  • the housing 14 provides the heat conducting elements 11, 12 with mechanical support.
  • the finished module according to FIG. 4 enables a temperature difference between the connecting tongues 11a and 12a to be detected.
  • the connecting tongues are thermally connected to two measuring points of an object to be measured. A temperature difference between these measuring points creates a temperature difference across the contact rows 3, 4 of the thermopile and thus a measurable voltage.
  • the voltage dropping across the contact rows 3, 4 is dependent on the thermal conductivity of the heat-conducting elements 11, 12 and the thermal conductivity of substrate 1 and housing 14. While the housing is made of plastic and has low thermal conductivity, the thermal conductivity of substrate 1 is relatively high , Therefore, a depression or a continuous opening is preferably provided in the substrate 1 between the contact rows 3, 4.
  • FIG. 5 This is shown in FIG. 5.
  • an opening 20 extending through the substrate is provided between the contact rows 3, 4 and a thin membrane 21 extends over the opening.
  • a structure can be produced by first coating the substrate with the membrane 21 and then etching out the opening 20. Appropriate techniques are known to the person skilled in the art.
  • a depression can also be etched out from the underside of the substrate, which is covered at the top by a substrate layer with a thickness of at most 200 ⁇ m, preferably approximately 50 ⁇ m.
  • thermopile 2 forms a contact point in the region of the contact row. They are covered by a passivation layer 24, for example made of silicon nitride, on which the metal bump 8 or 9 is applied.
  • the embodiment of the invention shown in FIG. 4 can be connected via the screw holes 16 to an object to be measured or to suitable heat conductors.
  • FIG. 7 shows a tapered design of the connecting tongues 11a, 12a, as is e.g. would be suitable for a handheld meter.
  • FIG. 8 Another embodiment is shown in FIG. 8.
  • the heat-conducting elements protrude laterally from the housing 14, their first part enclosed by the housing 14 being shown in dashed lines.
  • FIG. 9 A further embodiment according to FIG. 9 for large temperature differences is constructed like that according to FIG. 8, but the two heat-conducting elements are connected to one another, so that a single heat-conducting element 12 'is produced. There is therefore a common heat-conducting element for both contact rows 3, 4 of the thermopile 2, which has lateral connecting tongues 12'a, 12b. In the area 12 'c between the contact rows 3, 4, the heat-conducting element 12 ⁇ has a smaller cross section than in the area of the connecting tongues 12'a, 12 b, so that the thermal resistance per length between the contact rows 3, 4 is greater than in the connecting tongues. This increases the temperature drop between the contact rows 3, 4.
  • the sensor module has been cast into a housing 14 and the heat-conducting elements protrude from this housing. It is also conceivable that the heat-conducting elements only lead to the surface of the housing if the measurement is to be carried out directly on the housing.
  • FIG. 10 Another embodiment is shown in FIG. 10.
  • the semiconductor substrate 1 is fastened directly to a line or a pipe 25 via the heat-conducting elements 11, 12.
  • the heat-conducting elements 11, 12 can e.g. are formed from the above-mentioned metal bumps. With this arrangement it is possible to determine a temperature gradient in the medium flowing in the pipe 25. Nevertheless, the semiconductor substrate 1 is well protected from the medium.
  • FIG. 11 A similar embodiment of the sensor module is shown in FIG. 11.
  • a heat source 26 e.g. in the form of an integrated resistor.
  • a heat output guide element 27 is arranged on the heat source 26 and is in thermal contact with it.
  • the heating power guide element 27 can also be designed as a metal bump. It transfers the heat of the heat source 26 to the pipe 25, where it generates a temperature gradient in the medium to be measured between the heat-conducting elements 11, 12.
  • thermopiles 2a, 2b between which the heat source 26 is arranged.
  • the inner rows of contacts of the thermopiles 2a, 2b lie next to the heat source, the outer ones at the edge of the semiconductor substrate 1.
  • thermopiles 2a or 2b In order to increase the sensitivity of each thermopile 2a or 2b, suitable depressions or openings can again be provided between their contact rows, as shown in FIG. 5. Likewise, such depressions or openings can be provided between the inner rows of contacts and the heat source 26 to separate the heat source 26 from the thermopiles 2a, 2b.
  • the evaluation electronics 6 is designed to operate the heat source with constant current, constant temperature or constant voltage and contains the switching elements necessary for this. It also measures the difference ⁇ in the temperature differences across the thermopiles 2a, 2b. Since the middle contact rows of the thermopiles 2a, 2b are essentially at the same temperature, the difference ⁇ essentially corresponds to the temperature difference at the outer contact rows.
  • an asymmetry in the heat distribution generated by the heat source 26 can thus be measured, from which the flow velocity of the medium in the pipe 25 can be determined via suitable calibration.
  • Corresponding measurement techniques are known to the person skilled in the art.
  • the heat source 26 does not necessarily have to be integrated on the semiconductor substrate 1. It can also be arranged externally, as shown in the explanations according to FIGS. 13 and 14.
  • the heat source is designed as a resistive winding 26 ′ which is wound around the tube 25 between the heat-conducting elements 11, 12. It is also conceivable, in addition or as an alternative to the winding 26 ′, to provide a winding 26 ′′ between the heat-conducting elements 11, 12 in front of the heat-conducting elements 11, 12.
  • the tube 25 is bent to provide more space for the winding 26 ⁇ .
  • the winding 26 * can also be arranged at the apex of the U-shaped tube or extend both over the apex and the two legs.
  • the control circuits for operating the heat sources of the embodiments according to FIGS. 13 and 14 can be integrated on the semiconductor substrate 1, whereby a Power driver can optionally be provided as an external component.
  • a heat source is integrated on the semiconductor substrate 1 and is connected to the apex of the tube 25 via a heating power guide element 27.
  • the temperature difference can also be measured by a single thermopile.
  • thermopiles are provided as temperature difference sensors.
  • simple thermocouples can also be used.
  • the use of other sensors is also possible, e.g. of PTC resistors.
  • thermopiles are preferred because they allow temperature differences in the mK range to be resolved and measured essentially without drift and aging effects.

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Abstract

A thermopile (2) and an electronic evaluation unit (6) are integrated into a semiconductor substrate (1). Two metallic elevations (8, 9) are applied and thermally connected to the rows of contacts of the thermopile. Said elevations can, for example, be connected to connection contacts, in such a way that a temperature difference can be measured externally to the semiconductor substrate (1). As the electronic evaluation unit is located on the same substrate as the thermopile, temperature differences can thus be measured with greater accuracy and lower susceptibility to interference.

Description

Sensorbaustein und ein Verfahren zu dessen Herstellung Sensor module and a method for its production
Hinweis auf verwandte AnmeldungenReference to related applications
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Schweizer Patentanmeldung 0871/00, die am 4. Mai 2000 eingereicht wurde und deren ganze Offenbarung hiermit durch Bezug aufgenommen wird.This application claims priority from Swiss patent application 0871/00, filed on May 4, 2000, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Hintergrundbackground
Die Erfindung betrifft einen Sensorbaustein, ein Verfahren zu dessen Herstellung und einen Flussensor gemäss Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a sensor module, a method for its production and a flow sensor according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Es gibt Sensorbausteine zum Messen eines Temperaturunterschieds, bei denen ein Temperaturdifferenz- sensor auf einem Halbleitersubstrat integriert ist. Beispielsweise kann auf dem Halbleitersubstrat eine Thermosaule integriert werden, die eine Spannung abhängig vom Temperaturunterschied zwischen ihren Kontaktreihen abgibt.There are sensor modules for measuring a temperature difference in which a temperature difference sensor is integrated on a semiconductor substrate. For example, a thermopile can be integrated on the semiconductor substrate, which emits a voltage depending on the temperature difference between its contact rows.
Derartige Bausteine eignen sich jedoch nur für Messungen, wo der Halbleiterbaustein direkt in Kontakt mit dem zu messenden Substrat gebracht werden kann. Liegen z.B. die Punkte, über denen der Temperaturunterschied gemessen werden soll, weit auseinander, so müssen diskrete Temperaturdifferenzsensoren verwendet werden. Auch zur Messung an besonders aggressiven Medien sind konventionelle Halbleiterbausteine nicht gut geeignet. Darstellung der ErfindungHowever, such devices are only suitable for measurements where the semiconductor device can be brought into direct contact with the substrate to be measured. For example, if the points above which the temperature difference is to be measured are far apart, discrete temperature difference sensors must be used. Conventional semiconductor devices are also not well suited for measurements on particularly aggressive media. Presentation of the invention
Es stellt sich deshalb die Aufgabe, einen Sensorbaustein bereitzustellen, der diese Probleme ver- meidet .The task therefore is to provide a sensor module that avoids these problems.
Diese Aufgabe wird vom Sensorbaustein ge äss Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the sensor module according to claim 1.
Erfindungsgemäss ist also ein Wärmeleitelement vorgesehen, welches in thermischem Kontakt mit dem Temperaturdifferenzsensor steht, und über den der Sensorbaustein mit dem zu messenden Objekt verbunden wird. Dies erlaubt es, die Temperatur vom zu Messenden Objekt an den Ort des bzw. der Temperaturdifferenzsensoren zu führen. Somit können die eigentlichen Messpunkte und der Sensor- baustein örtlich getrennt werden. Dennoch bleiben die vorteilhaften Eigenschaften, wie z.B. geringe Störanfälligkeit, eines Sensorbausteins mit integriertem Temperaturdifferenzsensor erhalten.According to the invention, a heat-conducting element is therefore provided which is in thermal contact with the temperature difference sensor and via which the sensor module is connected to the object to be measured. This allows the temperature to be guided from the object to be measured to the location of the temperature difference sensor (s). The actual measuring points and the sensor module can thus be separated locally. Nevertheless, the advantageous properties, such as low susceptibility to faults, of a sensor module with integrated temperature difference sensor.
Vorzugsweise ist das Wärmeleitelement teil- weise in ein Gehäuse eingegossen, welches auch das Halbleitersubstrat umschliesst, so dass sich ein mechanisch stabiler Aufbau ergibt.The heat-conducting element is preferably partially cast into a housing, which also encloses the semiconductor substrate, so that a mechanically stable structure results.
Vorzugsweise ist der Temperaturdifferenzsensor eine Thermosaule, deren Kontaktreihen bzw. -enden mit dem bzw. den Wärmeleitelementen thermisch verbunden sind. Da eine derartige Thermosaule einen hohen elektrischen Innenwiderstand besitzt, kann durch deren Integration auf einem Halbleiterbaustein im Vergleich zu einem Aufbau aus diskreten Teilen die Störempfindlichkeit reduziert wer- den.The temperature difference sensor is preferably a thermopile, the contact rows or ends of which are thermally connected to the heat-conducting element or elements. Since such a thermopile has a high electrical internal resistance, its integration on a semiconductor module can reduce the sensitivity to interference in comparison to a structure made up of discrete parts.
In einer bevorzugten Ausführung weist das Halbleitersubstrat zwischen den Punkten, mit denen das bzw. die Wärmeleitelemente verbunden sind, eine Vertiefung oder Öffnung auf. Dadurch wird der Wärmefluss durch das Substrat reduziert und die Empfindlichkeit des Sensors verbessert. Die Vertiefung bzw. Öffnung kann mit ei- ner Membran überzogen sein, so dass es möglich bleibt, direkte Leitungen zwischen den Kontaktorten zu ziehen.In a preferred embodiment, the semiconductor substrate has a depression or opening between the points to which the heat-conducting element or elements are connected. This reduces the heat flow through the substrate and improves the sensitivity of the sensor. The recess or opening can be ner membrane, so that it remains possible to draw direct lines between the contact locations.
Der Wärmefluss durch das Halbleitersubstrat kann auch reduziert werden, indem dessen Dicke sehr ge- ring gewählt wird. Hierzu kann die oben erwähnte Vertiefung z.B. bis auf weniger als 200 μm an die Gegenseite des Substrats herangeführt werden, oder das Substrat kann generell eine Dicke von weniger als 200 μ besitzen. Auf dem Halbleitersubstrat kann auch eine Wärmequelle integriert sein. Diese kann ebenfalls mit einem geeigneten Wärmeleitelement, in den Ansprüchen Heiz- leistungs-Leitelement genannt, verbunden sein, um die Heizwärme zum auszumessenden Objekt zu führen.The heat flow through the semiconductor substrate can also be reduced by choosing its thickness to be very small. For this purpose, the above-mentioned deepening e.g. are brought up to less than 200 μm to the opposite side of the substrate, or the substrate can generally have a thickness of less than 200 μm. A heat source can also be integrated on the semiconductor substrate. This can also be connected to a suitable heat-conducting element, referred to in the claims as the heat-output guide element, in order to conduct the heat to the object to be measured.
Vorzugsweise wird auf dem Halbleitersubstrat eine Auswerteelektronik integriert. Dank der kurzen Leitungswege zum Temperaturdifferenzsensor kann eine sehr genaue und störungsfreie Messung erreicht werden.Evaluation electronics are preferably integrated on the semiconductor substrate. Thanks to the short cable routes to the temperature difference sensor, a very precise and trouble-free measurement can be achieved.
Bei der Herstellung des Sensorbausteins wird zuerst der Temperaturdifferenzsensor auf dem Halbleiter- substrat integriert. Sodann kann er mit dem bzw. den Wärmeleitelementen verbunden werden. Vorzugsweise geschieht dies in einem Lead-Frame. In diesem Fall werden das Wärmeleitelement und Anschlussleitungen im Lead-Frame ausgeformt, dann mit dem Halbleitersubstrat verbunden und in bekannter Technik in ein gemeinsamen Gehäuse eingegossen.When producing the sensor module, the temperature difference sensor is first integrated on the semiconductor substrate. Then it can be connected to the heat-conducting element or elements. This is preferably done in a lead frame. In this case, the heat-conducting element and connecting lines are formed in the lead frame, then connected to the semiconductor substrate and cast into a common housing using known technology.
Der Sensorbaustein eignet sich besonders zur Anwendung in einem Flusssensor.The sensor module is particularly suitable for use in a flow sensor.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:Further refinements, advantages and applications of the invention result from the dependent claims and from the following description based on the figures. Show:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Halbleitersubstrat mit Thermosaule und Auswerteelektronik, Fig. 2 das Halbleitersubstrat nach Fig. 1 mit Metallbumps,1 is a plan view of a semiconductor substrate with a thermopile and evaluation electronics, 2 shows the semiconductor substrate according to FIG. 1 with metal bumps,
Fig. 3 das Halbleitersubstrat nach Fig. 2 mit Anschlussleitungen und Wärmeleitelementen, Fig. 4 der Baustein nach Fig. 3 in einem Gehäuse,3 shows the semiconductor substrate according to FIG. 2 with connecting lines and heat-conducting elements, FIG. 4 shows the module according to FIG. 3 in a housing,
Fig. 5 einen Schnitt entlang Linie V-V vonFig. 5 shows a section along line V-V of
Fig. 3,Fig. 3,
Fig. 6 ein vergrössertes Detail aus Fig. 5, Fig. 7 eine alternative Ausführung zu Fig. 4,6 shows an enlarged detail from FIG. 5, FIG. 7 shows an alternative embodiment to FIG. 4,
Fig. 8 eine dritte Ausführung des Sensorbauteils,8 shows a third embodiment of the sensor component,
Fig. 9 eine vierte Ausführung des Sensorbauteils, Fig. 10 eine fünfte Ausführung des Sensorbauteils,9 shows a fourth embodiment of the sensor component, FIG. 10 shows a fifth embodiment of the sensor component,
Fig. 11 eine Ausführung des Sensorbausteins als Flusssensor,11 shows an embodiment of the sensor module as a flow sensor,
Fig. 12 eine Draufsicht auf den Sensorbau- stein nach Fig. 11,12 shows a plan view of the sensor module according to FIG. 11,
Fig. 13 eine zweite Ausführung eines Flusssensors,13 shows a second embodiment of a flow sensor,
Fig. 14 eine dritte Ausführung eines Flusssensors und Fig. 15 eine vierte Ausführung eines Flusssensors .14 shows a third embodiment of a flow sensor and FIG. 15 shows a fourth embodiment of a flow sensor.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
Eine erste Ausführung der Erfindung in verschiedenen Stufen ihres Herstellungsprozesses ist in Fig. 1 - 6 dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen Sen- sorbaustein, der auf einem Halbleitersubstrat 1 basiert, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Auf dem Halbleitersubstrat 1 ist als Temperaturdifferenzsensor eine Thermosäu- le 2 integriert. Diese weist zwei Kontaktreihen 3, 4 auf, die deren thermische Kontaktorte bilden, und erzeugt eine Spannung abhängig vom Temperaturunterschied zwischen diesen beiden Kontaktreihen. Die Thermosaule ist über Leiter 5 mit einer Auswerteelektronik 6 verbunden. Die Auswerteelektronik 6 umfasst z.B. einen Vorverstärker, einen Analog-Digital-Wandler und eine digitale Verarbeitungsstufe, z.B. um das Signal der Thermosaule zu linearisie- ren und zu skalieren. Zur elektrischen Verbindung mit der Aussenwelt sind Anschlusspads 7 vorgesehen.A first embodiment of the invention in various stages of its manufacturing process is shown in Figs. 1-6. This is a sensor module that is based on a semiconductor substrate 1, as shown in FIG. 1. On the semiconductor substrate 1, a thermal acid le 2 integrated. This has two contact rows 3, 4, which form their thermal contact locations, and generates a voltage depending on the temperature difference between these two contact rows. The thermopile is connected to evaluation electronics 6 via conductor 5. The evaluation electronics 6 comprise, for example, a preamplifier, an analog-digital converter and a digital processing stage, for example in order to linearize and scale the signal from the thermopile. Connection pads 7 are provided for the electrical connection to the outside world.
Wie in Fig. 2 gezeigt, werden auf dem fertigen Halbleitersubstrat 1 „Metallbumps" 8, 9 aufgebracht. Dabei handelt es sich um Erhebungen aus Metall, vorzugsweise aus Gold oder Kupfer, die über den Kontaktreihen 3, 4 liegen und mit diesen einen thermischen Kontakt bilden.As shown in FIG. 2, “metal bumps” 8, 9 are applied to the finished semiconductor substrate 1. These are bumps made of metal, preferably of gold or copper, which lie over the contact rows 3, 4 and make thermal contact with them form.
Sodann wird, wie in Fig. 3 dargestellt, das Halbleitersubstrat 1 mit elektrischen Anschlussleitungen 10 und Wärmeleitelementen 11, 12 verbunden. Die An- schlussleitungen 10 kontaktieren die Anschlusspads 7 und stellen die elektrischen Anschlüsse des Bausteins dar. Die Wärmelei elemente 11, 12 sind aus Metall mit hohem Wärmeleitwert, stehen in thermischem und vorzugsweise auch physikalischem Kontakt mit den Metallpumps 8, 9 und stellen die thermischen Anschlüsse des Bausteins dar. Die Anschlussleitungen 10 und die Wärmeleitelemente 11, 12 sind vorzugsweise gemeinsam in einem Lead- Frame angeordnet, so dass sie in einem Schritt mit dem Halbleitersubstrat 1 in der in Fig. 3 dargestellten Weise verbunden werden können. In einem nächsten Schritt wird die Anordnung nach Fig. 3 in ein Kunststoffgehäuse 14 eingegossen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Wie daraus ersichtlich ist, wird ein erster Teil der Wärmeleitelemente 11, 12 in das Gehäuse eingegossen, während ein zweiter Teil je eine Anschlusszunge 11a bzw. 12a bildet. In der vorliegenden Ausführungen sind diese mit Schraublöchern 16 ausgerü- stet. Das Gehäuse 14 vermittelt den Wärmeleitelementen 11, 12 mechanischen Halt.Then, as shown in FIG. 3, the semiconductor substrate 1 is connected to electrical connecting lines 10 and heat-conducting elements 11, 12. The connecting lines 10 contact the connecting pads 7 and represent the electrical connections of the module. The heat-conducting elements 11, 12 are made of metal with a high thermal conductivity, are in thermal and preferably also physical contact with the metal pumps 8, 9 and provide the thermal connections The connecting lines 10 and the heat-conducting elements 11, 12 are preferably arranged together in a lead frame, so that they can be connected in one step to the semiconductor substrate 1 in the manner shown in FIG. 3. In a next step, the arrangement according to FIG. 3 is cast into a plastic housing 14, as shown in FIG. 4. As can be seen from this, a first part of the heat-conducting elements 11, 12 is poured into the housing, while a second part forms a connecting tongue 11a or 12a. In the present embodiments, these are equipped with screw holes 16. stet. The housing 14 provides the heat conducting elements 11, 12 with mechanical support.
Es ist auch denkbar, den Sensorbaustein in „Flip-Chipw Technologie aufzubauen. Der fertige Baustein nach Fig. 4 erlaubt es, einen Temperaturunterschied zwischen den Anschlusszungen 11a und 12a zu detektieren. Hierzu werden die Anschlusszungen thermisch mit zwei Messstellen eines auszumessenden Objekts verbunden. Ein Temperaturunterschied zwischen diesen Messstellen erzeugt einen Temperaturunterschied über den Kontaktreihen 3, 4 der Thermosaule und somit eine messbare Spannung.It is also conceivable to construct the sensor module using “flip chip w technology”. The finished module according to FIG. 4 enables a temperature difference between the connecting tongues 11a and 12a to be detected. For this purpose, the connecting tongues are thermally connected to two measuring points of an object to be measured. A temperature difference between these measuring points creates a temperature difference across the contact rows 3, 4 of the thermopile and thus a measurable voltage.
Die über den Kontaktreihen 3 , 4 abfallende Spannung ist abhängig von der Wärmeleitfähigkeit der Wär- meleitelemente 11, 12 und der Wärmeleitfähigkeit von Substrat 1 und Gehäuse 14. Während das Gehäuse aus Kunststoff ist und geringe Wärmeleitung aufweist, ist die Wärmeleitung des Substrats 1 relativ hoch. Vorzugsweise wird deshalb im Substrat 1 zwischen den Kontaktreihen 3, 4 ei- ne Vertiefung oder eine durchgehende Öffnung vorgesehen.The voltage dropping across the contact rows 3, 4 is dependent on the thermal conductivity of the heat-conducting elements 11, 12 and the thermal conductivity of substrate 1 and housing 14. While the housing is made of plastic and has low thermal conductivity, the thermal conductivity of substrate 1 is relatively high , Therefore, a depression or a continuous opening is preferably provided in the substrate 1 between the contact rows 3, 4.
Dies ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist zwischen den Kontaktreihen 3 , 4 eine sich durch das Substrat erstreckende Öffnung 20 vorgesehen, über die sich eine dünne Membran 21 erstreckt. Eine derartige Struktur kann hergestellt werden, indem das Substrat zuerst mit der Membran 21 beschichtet und sodann die Öffnung 20 ausgeätzt wird. Entsprechende Techniken sind dem Fachmann bekannt .This is shown in FIG. 5. Here, an opening 20 extending through the substrate is provided between the contact rows 3, 4 and a thin membrane 21 extends over the opening. Such a structure can be produced by first coating the substrate with the membrane 21 and then etching out the opening 20. Appropriate techniques are known to the person skilled in the art.
Anstelle der Öffnung 20 kann von der Unter- seite des Substrats auch eine Vertiefung ausgeätzt werden, die oben von einer Substratschicht einer Dicke von höchsten 200 μm, vorzugsweise ca. 50 μm, bedeckt ist.Instead of the opening 20, a depression can also be etched out from the underside of the substrate, which is covered at the top by a substrate layer with a thickness of at most 200 μm, preferably approximately 50 μm.
Es ist auch denkbar, ein Substrat zu verwenden, dessen Gesamtdicke im Bereich von 200 μm oder weni- ger (z.B. 50 μm) liegt, um den Wärmefluss zwischen den Kontaktreihen 3 , 4 zu reduzieren. In Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine Kontaktreihe 3 in Vergrösserung dargestellt. Wie daraus ersichtlich, bilden im Bereich der Kontaktreihe die beiden Materialien 22, 23 der Thermosaule 2 eine Kontaktstelle. Sie sind von einer Passivierungsschicht 24, z.B. aus Siliziumnitrid, bedeckt, auf der der Metallbump 8 bzw. 9 aufgebracht wird.It is also conceivable to use a substrate whose total thickness is in the range of 200 μm or less (for example 50 μm) in order to reduce the heat flow between the contact rows 3, 4. 6 shows a section through a row of contacts 3 on an enlarged scale. As can be seen from this, the two materials 22, 23 of the thermopile 2 form a contact point in the region of the contact row. They are covered by a passivation layer 24, for example made of silicon nitride, on which the metal bump 8 or 9 is applied.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführung der Erfindung kann, wie bereits erwähnt, über die Schraublöcher 16 mit einem zu messenden Objekt oder mit geeigneten Wärmeleitern verbunden werden. Es ist jedoch auch denkbar, die Anschlusszungen 11a und 12a in anderer Weise auszugestalten.As already mentioned, the embodiment of the invention shown in FIG. 4 can be connected via the screw holes 16 to an object to be measured or to suitable heat conductors. However, it is also conceivable to design the connecting tongues 11a and 12a in a different way.
So zeigt Fig. 7 eine in Spitzen zulaufende Ausführung der Anschlusszungen 11a, 12a, wie sie z.B. für ein Handmessgerät geeignet wäre.7 shows a tapered design of the connecting tongues 11a, 12a, as is e.g. would be suitable for a handheld meter.
Eine weitere Ausführung ist in Fig. 8 dargestellt. Hier ragen die Wärmeleitelemente seitlich aus dem Gehäuse 14, wobei ihr erster, vom Gehäuse 14 umschlosse- ner Teil gestrichelt dargestellt ist.Another embodiment is shown in FIG. 8. Here the heat-conducting elements protrude laterally from the housing 14, their first part enclosed by the housing 14 being shown in dashed lines.
Eine weitere Ausführung nach Fig. 9 für gro- sse Temperaturdifferenzen ist aufgebaut wie jene nach Fig. 8, wobei jedoch die beiden Wärmeleitelemente miteinander verbunden sind, so dass ein einziges Wärmeleitele- ment 12' entsteht. Es ist also ein gemeinsames Wärmeleitelement für beide Kontaktreihen 3 , 4 der Thermosaule 2 vorgesehen, das seitliche Anschlusszungen 12'a, 12 b besitzt. Im Bereich 12' c zwischen den Kontaktreihen 3, 4 weist das Wärmeleitelement 12 λ einen kleineren Quer- schnitt auf als im Bereich der Anschlusszungen 12'a, 12 b, so dass der thermische Widerstand pro Länge zwischen den Kontaktreihen 3, 4 grösser ist als in den Anschlusszungen. Dadurch wird der Temperaturabfall zwischen den Kontaktreihen 3 , 4 erhöht . In den bisher gezeigten Ausführungen wurde der Sensorbaustein in ein Gehäuse 14 eingegossen und die Wärmeleitelemente ragten aus diesem Gehäuse heraus . Es ist jedoch auch denkbar, dass die Wärmeleitelemente nur bis zur Oberfläche des Gehäuses führen, falls die Messung direkt am Gehäuse durchgeführt werden soll.A further embodiment according to FIG. 9 for large temperature differences is constructed like that according to FIG. 8, but the two heat-conducting elements are connected to one another, so that a single heat-conducting element 12 'is produced. There is therefore a common heat-conducting element for both contact rows 3, 4 of the thermopile 2, which has lateral connecting tongues 12'a, 12b. In the area 12 'c between the contact rows 3, 4, the heat-conducting element 12 λ has a smaller cross section than in the area of the connecting tongues 12'a, 12 b, so that the thermal resistance per length between the contact rows 3, 4 is greater than in the connecting tongues. This increases the temperature drop between the contact rows 3, 4. In the versions shown so far, the sensor module has been cast into a housing 14 and the heat-conducting elements protrude from this housing. It However, it is also conceivable that the heat-conducting elements only lead to the surface of the housing if the measurement is to be carried out directly on the housing.
Eine weitere Ausführung ist in Fig. 10 darge- stellt. Hier ist das Halbleitersubstrat 1 über die Wärmeleitelemente 11, 12 direkt an einer Leitung bzw. einem Rohr 25 befestigt. Die Wärmeleitelemente 11, 12 können in diesem Fall z.B. von den oben erwähnten Metallbumps gebildet werden. Mit dieser Anordnung ist es möglich, einen Temperaturgradienten in dem im Rohr 25 fliessenden Medium festzustellen. Dennoch ist das Halbleitersubstrat 1 gut vor dem Medium geschützt.Another embodiment is shown in FIG. 10. Here, the semiconductor substrate 1 is fastened directly to a line or a pipe 25 via the heat-conducting elements 11, 12. In this case, the heat-conducting elements 11, 12 can e.g. are formed from the above-mentioned metal bumps. With this arrangement it is possible to determine a temperature gradient in the medium flowing in the pipe 25. Nevertheless, the semiconductor substrate 1 is well protected from the medium.
Eine ähnliche Ausführung des Sensorbausteins ist in Fig. 11 dargestellt. Hier ist auf dem Halbleiter- Substrat 1 zusätzlich ein Wärmequelle 26, z.B. in Form eines integrierten Widerstands, angeordnet. Auf der Wärmequelle 26 ist ein Heizleistungs-Leitelement 27 angeordnet, das mit dieser thermisch in Kontakt steht. Das Heizleistungs-Leitelement 27 kann ebenfalls als Metallbump ausgestaltet sein. Es leitet die Wärme der Wärmequelle 26 an das Rohr 25 weiter, wo sie einen Temperaturgradienten im zu messenden Medium zwischen den Wärmeleitelementen 11, 12 erzeugt.A similar embodiment of the sensor module is shown in FIG. 11. Here, a heat source 26, e.g. in the form of an integrated resistor. A heat output guide element 27 is arranged on the heat source 26 and is in thermal contact with it. The heating power guide element 27 can also be designed as a metal bump. It transfers the heat of the heat source 26 to the pipe 25, where it generates a temperature gradient in the medium to be measured between the heat-conducting elements 11, 12.
Der Aufbau des Sensorbausteins nach Fig. 11 ist aus Fig. 12 ersichtlich, wobei hier das Rohr 25 nicht dargestellt ist und die Wärmeleitelemente 11, 12 und das Heizleistungs-Leitelement 27 gestrichelt erscheinen. Er besitzt zwei Thermosäulen 2a, 2b, zwischen denen die Wärmequelle 26 angeordnet ist. Die inneren Kontaktreihen der Thermosäulen 2a, 2b liegen neben der Wärmequelle, die äu- sseren am Rand des Halbleitersubstrats 1.The structure of the sensor module according to FIG. 11 can be seen from FIG. 12, the tube 25 not being shown here and the heat-conducting elements 11, 12 and the heating-power-conducting element 27 appearing in broken lines. It has two thermopiles 2a, 2b, between which the heat source 26 is arranged. The inner rows of contacts of the thermopiles 2a, 2b lie next to the heat source, the outer ones at the edge of the semiconductor substrate 1.
Um die Empfindlichkeit jeder Thermosaule 2a bzw. 2b zu erhöhen, können wiederum geeignete Vertiefungen bzw. Öffnungen zwischen ihren Kontaktreihen vorgese- hen sein, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Ebenso können zwischen den inneren Kontaktreihen und der Wärmequelle 26 derartige Vertiefungen oder Öffnungen vorgesehen sein, um die Wärmequelle 26 von den Thermosäulen 2a, 2b zu trennen.In order to increase the sensitivity of each thermopile 2a or 2b, suitable depressions or openings can again be provided between their contact rows, as shown in FIG. 5. Likewise, such depressions or openings can be provided between the inner rows of contacts and the heat source 26 to separate the heat source 26 from the thermopiles 2a, 2b.
Die Auswerteelektronik 6 ist ausgestaltet, um die Wärmequelle mit konstantem Strom, konstanter Tempera- tur oder konstanter Spannung zu betreiben und enthält die dazu notwendigen Schaltelemente. Ferner misst sie den Unterschied Δ der Temperaturdifferenzen über den Thermosäulen 2a, 2b. Da die mittleren Kontaktreihen der Thermosäulen 2a, 2b im wesentlichen auf gleicher Temperatur lie- gen, entspricht der Unterschied Δ im wesentlichen dem Temperaturunterschied an den äusseren Kontaktreihen.The evaluation electronics 6 is designed to operate the heat source with constant current, constant temperature or constant voltage and contains the switching elements necessary for this. It also measures the difference Δ in the temperature differences across the thermopiles 2a, 2b. Since the middle contact rows of the thermopiles 2a, 2b are essentially at the same temperature, the difference Δ essentially corresponds to the temperature difference at the outer contact rows.
Mit einer Anordnung nach Fig. 11 und 12 kann also eine Asymmetrie in der durch die Wärmequelle 26 erzeugten Wärmeverteilung gemessen werden, woraus über ge- eignete Eichung die Flussgeschwindigkeit des Mediums im Rohr 25 ermittelt werden kann. Entsprechende Messtechniken sind dem Fachmann bekannt .With an arrangement according to FIGS. 11 and 12, an asymmetry in the heat distribution generated by the heat source 26 can thus be measured, from which the flow velocity of the medium in the pipe 25 can be determined via suitable calibration. Corresponding measurement techniques are known to the person skilled in the art.
Die Wärmequelle 26 muss nicht unbedingt auf dem Halbleitersubstrat 1 integriert sein. Sie kann auch extern angeordnet werden, wie dies in den Ausführungen nach Fig. 13 und 14 dargestellt ist.The heat source 26 does not necessarily have to be integrated on the semiconductor substrate 1. It can also be arranged externally, as shown in the explanations according to FIGS. 13 and 14.
In der Ausführung nach Fig. 13 ist die Wärmequelle als resistive Wicklung 26' ausgeführt, die zwischen den Wärmeleitelementen 11, 12 um das Rohr 25 herum gewickelt ist. Es ist auch denkbar, zusätzlich oder alternativ zur Wicklung 26' zwischen den Wärmeleitelementen 11, 12 eine Wicklung 26" vor den Wärmeleitelementen 11, 12 vorzusehen.In the embodiment according to FIG. 13, the heat source is designed as a resistive winding 26 ′ which is wound around the tube 25 between the heat-conducting elements 11, 12. It is also conceivable, in addition or as an alternative to the winding 26 ′, to provide a winding 26 ″ between the heat-conducting elements 11, 12 in front of the heat-conducting elements 11, 12.
In der Ausführung nach Fig. 14 ist das Rohr 25 gebogen, um mehr Platz für die Wicklung 26 λ vorzusehen. Wie gestrichelt angedeutet, kann die Wicklung 26 * auch am Scheitel des U-förmig gebogenen Rohrs angeordnet werden oder sich sowohl über den Scheitel als auch die beiden Schenkel erstrecken. Die Steuerschaltungen zum Betreiben der Wärmequellen der Ausführungen gemäss Fig. 13 und 14 können auf dem Halbleitersubstrat 1 integriert werden, wobei ein Leistungstreiber gegebenenfalls als externes Bauteil vorgesehen sein kann.14, the tube 25 is bent to provide more space for the winding 26 λ . As indicated by dashed lines, the winding 26 * can also be arranged at the apex of the U-shaped tube or extend both over the apex and the two legs. The control circuits for operating the heat sources of the embodiments according to FIGS. 13 and 14 can be integrated on the semiconductor substrate 1, whereby a Power driver can optionally be provided as an external component.
Eine Kombination der Ausführungen nach Fig.A combination of the designs according to FIG.
11 und 14 ist in Fig. 15 dargestellt. Auch hier ist das Rohr 25 U-förmig gebogen, wobei die Wärmeleitelemente 11,11 and 14 is shown in FIG. 15. Here, too, the tube 25 is bent in a U-shape, the heat-conducting elements 11,
12 mit den Schenkeln des Rohrs 25 in Verbindung stehen. Zum Heizen ist eine Wärmequelle auf dem Halbleitersubstrat 1 integriert und steht über ein Heizleistungs- Leitelement 27 mit dem Scheitel des Rohrs 25 in Verbin- düng.12 are connected to the legs of the tube 25. For heating, a heat source is integrated on the semiconductor substrate 1 and is connected to the apex of the tube 25 via a heating power guide element 27.
Die Ausführungen gemäss Fig. 11 - 15 kann der Temperaturunterschied jeweils auch nur von einer einzigen Thermosaule gemessen werden.11-15, the temperature difference can also be measured by a single thermopile.
In den soweit beschriebenen Ausführungsbei- spielen sind jeweils Thermosäulen als Temperaturdifferenzsensoren vorgesehen. Es können jedoch auch einfache Thermoelemente verwendet werden. Auch der Einsatz von anderen Sensoren ist möglich, z.B. von PTC-Widerständen. Thermosäulen sind jedoch bevorzugt, da sie es erlauben, Temperaturdifferenzen im Bereich von mK aufzulösen und im wesentlichen ohne Drift und Alterungseffekte zu messen.In the exemplary embodiments described so far, thermopiles are provided as temperature difference sensors. However, simple thermocouples can also be used. The use of other sensors is also possible, e.g. of PTC resistors. However, thermopiles are preferred because they allow temperature differences in the mK range to be resolved and measured essentially without drift and aging effects.
Während in der vorliegenden Anmeldung bevor- zugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese Beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann. While preferred embodiments of the invention are described in the present application, it should be clearly pointed out that the invention is not restricted to these and can also be carried out in other ways within the scope of the following claims.

Claims

Patentansprüche claims
1. Sensorbaustein zum Messen eines Temperatu- runterschieds mit einem Halbleitersubstrat (1) und mindestens einem, auf dem Halbleitersubstrat angeordneten Temperaturdifferenzsensor (2), gekennzeichnet durch mindestens ein Wärmeleitelement (11, 12) zum thermischen Verbinden des Sensorbausteins mit einem zu messenden Objekt, wobei das Wärmeleitelement (11, 12) an mindestens einem Kontaktort in thermischem Kontakt mit dem Temperaturdifferenzsensor (2) steht.1. Sensor module for measuring a temperature difference with a semiconductor substrate (1) and at least one temperature difference sensor (2) arranged on the semiconductor substrate, characterized by at least one heat-conducting element (11, 12) for thermally connecting the sensor module to an object to be measured, whereby the heat-conducting element (11, 12) is in thermal contact with the temperature difference sensor (2) at at least one contact point.
2. Sensorbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Gehäuse (14) aufweist, wel- ches das Halbleitersubstrat (1) umschliesst, wobei ein erster Teil des Wärmeleitelements (11, 12) im Gehäuse (14) eingegossen ist und ein zweiter Teil des Wärmeleitelements aus dem Gehäuse nach aussen führt, und insbesondere dass der zweite Teil eine aus dem Gehäuse (14) her- austretende Anschlusszunge (11a, 12a) bildet.2. Sensor module according to claim 1, characterized in that it has a housing (14) which surrounds the semiconductor substrate (1), a first part of the heat-conducting element (11, 12) being cast in the housing (14) and a second Part of the heat-conducting element leads outwards from the housing, and in particular that the second part forms a connecting tongue (11a, 12a) emerging from the housing (14).
3. Sensorbaustein nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Kontaktort zwischen dem Temperaturdifferenzsensor (2) und dem Wärmeleitelement (11, 12) eine Passivierungsschicht (24) für den Temperaturdifferenzsensor angeordnet ist.3. Sensor module according to one of the preceding claims, characterized in that a passivation layer (24) for the temperature difference sensor is arranged at the contact point between the temperature difference sensor (2) and the heat-conducting element (11, 12).
4. Sensorbaustein nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Temperaturdifferenzsensor (2) und unter dem Wärmeleitelement (11, 12) eine Erhebung (8, 9) aus Metall angeordnet ist.4. Sensor module according to one of the preceding claims, characterized in that an elevation (8, 9) made of metal is arranged on the temperature difference sensor (2) and under the heat-conducting element (11, 12).
5. Sensorbaustein nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturdifferenzsensor (2) mindestens eine Thermosaule mit zwei Kontaktreihen (3, 4) aufweist und eine Spannung abhängig von einem Temperaturunterschied zwischen den5. Sensor module according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature difference sensor (2) has at least one thermopile with two rows of contacts (3, 4) and a voltage depending on a temperature difference between the
Kontaktreihen erzeugt, mindestens eine der Kontaktreihen (3, 4) mit dem Wärmeleitelement (11, 12) bzw. mit einem der Wärmeleitelemente (11, 12) in thermischem Kontakt steht.Contact rows generated, at least one of the contact rows (3, 4) with the heat-conducting element (11, 12) or with one the heat-conducting elements (11, 12) are in thermal contact.
6. Sensorbaustein nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Kontaktreihe (3, 4) je ein Wärmeleitelement (11, 12) angeordnet ist.6. Sensor module according to claims 4 and 5, characterized in that a heat-conducting element (11, 12) is arranged on each contact row (3, 4).
7. Sensorbaustein nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei voneinander getrennte Wärmeleitelemente (11, 12) aufweist, wobei jedes Wärmeleitelement je einer Kontaktreihe (3, 4) z ge- ordnet ist.7. Sensor module according to one of claims 5 or 6, characterized in that it has two separate heat-conducting elements (11, 12), each heat-conducting element being arranged in each case one row of contacts (3, 4) z.
8. Sensorbaustein nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet dass er ein gemeinsames Wärmeleitelement (12λ) für beide Kontaktreihen (3, 4) aufweist, wobei das Wärmeleitelement (12Λ) zwei An- schlusszungen (12 Λa) bildet, zwischen denen ein Mittelbereich (12 xc) angeordnet ist, der die Kontaktreihen (3, 4) kontaktiert, und insbesondere dass das Wärmeleitelement (12") im Mittelbereich (12 'c) zwischen den Kontaktreihen einen grösseren thermischen Widerstand pro Länge aufweist als an den Anschlusszungen (12'a).8. Sensor module according to one of claims 5 or 6, characterized in that it forms a common heat-conducting element (12 λ) for both rows of contacts (3, 4), wherein the heat conducting element (12 Λ) two check circuit tongues (12 Λ a), between which a central region (12 x c) is arranged, which contacts the contact rows (3, 4), and in particular that the heat-conducting element (12 ") in the central region (12 'c) between the contact rows has a greater thermal resistance per length than at the connecting tongues (12'a).
9. Sensorbaustein nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei Kontaktorte aufweist, wobei im Halbleitersubstrat zwischen den beiden Kontaktorten eine Vertiefung oder Öffnung (20) angeordnet ist, und insbesondere dass die Vertiefung oder Öffnung (20) von einer Membran (21) überzogen ist.9. Sensor module according to one of the preceding claims, characterized in that it has at least two contact locations, wherein a depression or opening (20) is arranged in the semiconductor substrate between the two contact locations, and in particular that the depression or opening (20) of a membrane ( 21) is covered.
10. Sensorbaustein nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Halbleitersubstrat (1) eine Wärmequelle (26) angeordnet ist und dass der Sensorbaustein ein Heizleistungs- Leitelement (27) zum thermischen Verbinden der Wärmequelle (26) mit dem Objekt aufweist, wobei das Heizleistungs- Leitelement (27) in thermischem Kontakt mit der Wärme- quelle (26) steht.10. Sensor module according to one of the preceding claims, characterized in that a heat source (26) is arranged on the semiconductor substrate (1) and that the sensor module has a heating power guide element (27) for thermally connecting the heat source (26) to the object, the heating power guide element (27) being in thermal contact with the heat source (26).
11. Sensorbaustein nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Halbleitersubstrat (1) eine Auswerteelektronik (6) integriert ist zum Auswerten von Signalen des mindestens einen Temperaturdifferenzsensors (2) .11. Sensor module according to one of the preceding claims, characterized in that on the Evaluation electronics (6) is integrated in the semiconductor substrate (1) for evaluating signals of the at least one temperature difference sensor (2).
12. Sensorbaustein nach einem der voran- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das12. Sensor module according to one of the preceding claims, characterized in that the
Halbleitersubstrat (1) eine Dicke von höchstens 200 μm, vorzugsweise ca. 50 μm, aufweist.Semiconductor substrate (1) has a thickness of at most 200 microns, preferably about 50 microns.
13. Verfahren zum Herstellen eines Sensorbausteins nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei auf einem Halbleitersubstrat (1) mindestens ein Temperaturdifferenzsensor (2) integriert wird, mittels welchem eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Orten auf dem Halbleitersubstrat gemessen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem der Orte mindestens ein Wärme- leitelement (11, 12) thermisch mit dem Temperaturdifferenzsensor verbunden wird.13. The method for producing a sensor module according to one of the preceding claims, wherein on a semiconductor substrate (1) at least one temperature difference sensor (2) is integrated, by means of which a temperature difference between two locations on the semiconductor substrate can be measured, characterized in that at least one the locations of at least one heat-conducting element (11, 12) are thermally connected to the temperature difference sensor.
14. Verfahren nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat zusammen mit einem Teil des Wärmeleitelements in einem Gehäuse (14) eingegossen wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the semiconductor substrate is cast together with a part of the heat-conducting element in a housing (14).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmeleitelement zusammen mit elektrischen Anschlussleitungen (10) in einem Lead-Frame angeordnet wird, dass das Halbleitersub- strat mit dem Wärmeleitelement und den Anschlussleitungen verbunden wird, und dass es sodann im Gehäuse eingegossen wird.15. The method according to claim 14, characterized in that the at least one heat-conducting element is arranged together with electrical connection lines (10) in a lead frame, that the semiconductor substrate is connected to the heat-conducting element and the connection lines, and that it is then in the housing is poured.
16. Flusssensor mit einem Sensorbaustein nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Leitung (25) für ein zu messendes Medium aufweist, welche an zwei Punkten mit zwei Wärmeleitelementen des Sensorbausteins verbunden ist und eine Wärmequelle (26, 26", 26") zum Erzeugen eines Temperaturgradienten im Medium aufweist. 16. Flow sensor with a sensor module according to one of claims 1-12, characterized in that it has a line (25) for a medium to be measured, which is connected at two points to two heat-conducting elements of the sensor module and a heat source (26, 26 " , 26 ") for generating a temperature gradient in the medium.
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