EP3103145A1 - Elektronisches system und verfahren zum herstellen eines elektronischen systems - Google Patents

Elektronisches system und verfahren zum herstellen eines elektronischen systems

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Publication number
EP3103145A1
EP3103145A1 EP15701724.5A EP15701724A EP3103145A1 EP 3103145 A1 EP3103145 A1 EP 3103145A1 EP 15701724 A EP15701724 A EP 15701724A EP 3103145 A1 EP3103145 A1 EP 3103145A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
micromechanical
thermoelectric generator
electronic system
thermal energy
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15701724.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias ZOLLER
Tjalf Pirk
Johannes Kenntner
Ricardo Ehrenpfordt
Frederik ANTE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3103145A1 publication Critical patent/EP3103145A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
    • H10W40/73—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control for cooling by change of state
    • H10W40/735—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control for cooling by change of state by melting or evaporation of solids
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245—Housings for sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/50—Bond wires
    • H10W72/531—Shapes of wire connectors
    • H10W72/5363—Shapes of wire connectors the connected ends being wedge-shaped

Definitions

  • the present invention further provides a sensor system with the sensor according to the invention.
  • the sensor system further comprises a power circuit for switching a voltage generated by the thermoelectric generator, a microcontroller for controlling the thermoelectric generator, an energy storage for storing the of the
  • thermoelectric generator generated energy, a wireless module for wireless transmission of sensor data and an antenna.
  • Embodiments of the invention mediate. They illustrate
  • first contact region 14 and a second contact region 15 are provided, which are arranged on an underside of the substrate 12.
  • the first contact region 14 and the second contact region 15 are connected to the thermal energy store 16 by means of thermal conductor paths (not shown in FIG. 1).
  • the thermal conductor paths are formed by copper inserts in the present exemplary embodiment.
  • the thermal conductor paths may also be provided as metallic vias, metallic interconnects, thermally highly conductive polymers, or as thermally poorly conductive polymers with thermally conductive spacers.
  • the electronic system 1 further comprises a housing 18, which is designed such that it is placed on the substrate 12 and the micromechanical component 10 as well as the thermal

Landscapes

  • Micromachines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches System, mit einem mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteil (10), einem Substrat (12) zur Aufnahme des mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils (10), zumindest einem das Substrat (12) kontaktierenden Kontaktbereich (14) zur Kontaktierung einer Wärmequelle, und einem ersten thermischen Energiespeicher (16), welcher den zumindest einen Kontaktbereich (14) und das mikromechanische oder mikroelektronischen Bauteil (10) thermisch koppelt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Systems, einen Sensor sowie ein Sensorsystem.

Description

Beschreibung Titel
Elektronisches System und Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Systems
Die Erfindung betrifft ein elektronisches System und ein Verfahren zum
Herstellen eines elektronischen Systems.
Stand der Technik
Das Internet der Dinge wird als eine der wichtigsten zukünftigen Entwicklungen im Bereich der Informationstechnologie bezeichnet. Unter dem Internet der Dinge versteht man, dass nicht nur Menschen Zugang zum Internet haben und mit diesem vernetzt sind, sondern das auch Geräte über das Internet miteinander vernetzt sind. Ein Bereich des Internet der Dinge betrifft die Produktions- und Hausautomatisierung, z.B. zur Temperaturmessung. Diese Sensoren sind bereits verfügbar, weisen jedoch sehr hohe Herstellungskosten auf. Des Weiteren gehen Bestrebungen dahin, Sensoren zu entwickeln, die gleichzeitig die benötigte elektrische Energie aus der Umwelt gewinnen. Dies wird sowohl durch
Photovoltaikzellen als auch durch thermoelektrische Generatoren, welche Energie aus einer Temperaturdifferenz gewinnen, ermöglicht.
Die gewonnene Energie eines thermoelektrischen Generators hängt direkt mit einem anliegenden Temperaturgradienten zusammen. Um den
Temperaturgradient an einem thermoelektrischen Generator zu führen, muss mithilfe von Aufbau- und Verbindungstechnik ein Wärmepfad innerhalb eines Gehäuses des thermoelektrischen Generators hergestellt werden. Dieser Wärmepfad sollte im Idealfall einen niedrigen thermischen Widerstand aufweisen, um Verluste innerhalb des Gehäuses zu minimieren. Die AT 0190151 Bl offenbart einen Spannungsgenerator mit thermoelektrischen Generatoren, die sich zwischen einer durch eine Abwärmequelle auf einer hohen Temperatur gehaltenen Zone und einer auf einer niedrigeren Temperatur liegenden, von mehreren in einem Kühlluftstrom angeordneten Rippen gebildeten Zone zur Erzeugung eines Temperaturgradienten erstrecken, wobei die Rippen länglich ausgebildet und in einer Gruppe mit im Wesentlichen parallelen Achsen angeordnet sind, wobei jede Rippe eine erste Längskante, die in direktem thermischen Kontakt mit der Abwärmequelle steht, aufweist. Somit entsteht in der Nähe der ersten Kante eine Hochtemperaturzone der Rippe. Ferner ist eine zweite Längskante gegenüber der ersten Kante im Abstand von der
Abwärmequelle vorgesehen, wobei die zweiten Kanten der Rippen nicht umhüllte freie Kanten sind und die Gruppe der Rippen innerhalb eines Luftstroms angeordnet ist, sodass Kühlluft frei längs der Rippen strömen kann, sodass die Rippen gekühlt werden und eine Niedertemperaturzone der Rippen in der Nähe ihres zweiten Randbereichs entsteht, und dass die Generatoren aus mehreren Thermoelementen bestehen, die an jeder Rippe angebracht sind, wobei jedes Thermoelement eine Verbindung mit der Hochtemperaturzone der Rippe und eine Verbindung mit der Niedertemperaturzone der Rippe aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein elektronisches System, mit einem mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteil, einem Substrat zur Aufnahme des mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils, zumindest einem das Substrat kontaktierenden Kontaktbereich zur Kontaktierung einer Wärmequelle, und einem ersten thermischen Energiespeicher, welcher den zumindest einen Kontaktbereich und das mikromechanische oder
mikroelektronischen Bauteil thermisch koppelt.
Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Systems. Das Verfahren umfasst eine Aufnahme eines mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils mittels eines Substrats, ein Ausbilden zumindest eines ersten thermischen Energiespeichers; und ein thermisches Koppeln des zumindest einen Kontaktbereichs und des mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils mittels dem ersten thermischen Energiespeicher.
Die vorliegende Erfindung schafft überdies einen Sensor mit einem
thermoelektrischen Generator, einem Substrat zur Aufnahme des
thermoelektrischen Generators, einem ersten Kontaktbereich und einem zweiten Kontaktbereich, welche das Substrat kontaktieren und zur Kontaktierung einer Wärmequelle ausgebildet sind, und zumindest einem thermischen
Energiespeicher, welcher den ersten Kontaktbereich und/oder den zweiten Kontaktbereich und das mikromechanische oder mikroelektronischen Bauteil thermisch koppelt.
Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Sensorsystem mit dem erfindungsgemäßen Sensor. Das Sensorsystem umfasst des Weiteren eine Leistungsschaltung zum Schalten einer durch den thermoelektrischen Generator erzeugten Spannung, einen Mikrocontroller zum Steuern des thermoelektrischen Generators, einen Energiespeicher zum Speichern der von dem
thermoelektrischen Generator erzeugten Energie, ein Funkmodul zur drahtlosen Übertragung von Sensordaten und eine Antenne.
Vorteile der Erfindung
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektronisches System mit einem mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteil und einem thermischen Energiespeicher vorzusehen, wobei der thermische Energiespeicher das mikromechanische oder mikroelektronische Bauteil mindestens teilweise zu einem Kontaktbereich thermisch koppelt. Die thermische Kopplung bewirkt durch Pufferung von thermischer Energie eine gegenseitige physikalische
Beeinflussung des thermischen Energiespeichers und des mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils.
Insbesondere bei Vorsehen des mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils in Form eines thermoelektrischen Generators ist die thermische
Kopplung, d.h. die Pufferung von thermischer Energie vorteilhaft, wenn ein am thermoelektrischen Generator anliegender Temperaturgradient nicht ununterbrochen gewährleistet werden kann oder beispielsweise bei Vertauschen einer Kalt- und Heißseite des thermoelektrischen Generators.
Der thermoelektrische Generator kann so gegenüber Temperaturänderungen robuster gemacht werden und es können mögliche Temperaturspitzen abgefangen bzw. gefiltert werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste thermische Energiespeicher zwischen dem Substrat und dem mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteil, auf einer Innenseite eines, das mikromechanische oder
mikroelektronische Bauteil zumindest teilweise umgebenden Gehäuses, eingebettet in das Substrat oder in einer in dem Substrat ausgebildeten
Vertiefung angeordnet ist. Der erste thermische Energiespeicher kann somit je nach baulichen Anforderungen bzw. je nach systemischen Anforderungen an einer Ober- oder Unterseite des mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils angeordnet werden.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass der erste thermische Energiespeicher in Form eines Lacks, eines Gels, eines Films, einer Paste, einer Folie, eines Klebers, einer Dispension, eines Pulvers, eines Granulats, einer Schicht oder als ein Materialverbund bzw. ein Füllstoff durch Siebdrucken, Schablonendruck, Dispensen, Laminieren, Spritzen, Sprühen, Spritzpressen, Spritzgiesen oder Verpressen ausgebildet ist. Der thermische Energiespeicher ist somit in vorteilhafter Weise an bauliche und systemische Anforderungen des
elektronischen Systems anpassbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der erste thermische Energiespeicher durch ein Phasenwechselmaterial ausgebildet ist, wobei das Phasenwechselmaterial in einem Temperaturbereich von -40 - 150°C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 0 - 100°C sein Elastizitätsmodul durch Aufnahme und Abgabe von Energie ändert. Die Änderung des Elastizitätsmoduls führt in vorteilhafter Weise zu einer härteren oder weicheren Ankopplung des mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils an das Substrat oder das Gehäuse des elektronischen Systems. Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass das mikromechanische oder mikroelektronische Bauteil durch einen Beschleunigungssensor, einen
Drehratensensor, einen Magnetsensor, einen Hallsensor, einen Drucksensor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder einen thermoelektrischen Generator ausgebildet ist. Das elektronische System kann somit eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren, integrierter Schaltungen oder einen
thermoelektrischen Generator aufweisen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das mikromechanische oder mikroelektronische Bauteil durch den
thermoelektrischen Generator ausgebildet ist. Des Weitern ist vorgesehen, dass an einer Seite des thermoelektrischen Generators ein Kühlkörper zum Kühlen des thermoelektrischen Generators angeordnet ist. Die Seite des
thermoelektrischen Generators, vorzugsweise die Kaltseite des
thermoelektrischen Generators, kann somit vorzugsweise durch den Kühlkörper gekühlt werden, was einen verbesserten thermischen Gradienten an dem thermoelektrischen Generator bewirkt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein zweiter thermischer Energiespeicher zumindest abschnittsweise auf einer, auf dem Substrat angeordneten Vergussmasse zur Einhausung des
thermoelektrischen Generators und zumindest abschnittsweise auf einer Oberseite des thermoelektrischen Generators, zwischen der Oberseite des thermoelektrischen Generators und dem Kühlkörper zum Kühlen des
thermoelektrischen Generators angeordnet ist. Das Vorsehen des zweiten thermischen Energiespeichers ermöglicht, dass der thermoelektrische Generator gegenüber Temperaturänderungen robuster gemacht werden kann und mögliche Temperaturspitzen abgefangen bzw. gefiltert werden können. Dies betrifft durch Vorsehen jeweils eines thermischen Energiespeichers an der Heiß- und Kaltseite des thermoelektrischen Generators somit sowohl die Heiß- als auch die Kaltseite des thermoelektrischen Generators. Temperaturänderungen an der Heiß- und/oder Kaltseite des thermoelektrischen Generators können somit effektiv abgefangen, gepuffert bzw. gefiltert werden.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass der zumindest eine Kontaktbereich mit dem ersten thermischen Energiespeicher und der erste thermische
Energiespeicher mit dem mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteil mittels jeweils eines thermischen Leiterpfades verbunden sind. Somit kann Wärme von dem Kontaktbereich effizient dem thermischen Energiespeicher zugeführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Kontaktbereich zumindest einen Teil eines Gehäuses ausbildet und/oder der thermische Leiterpfad zur Oberseite des mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils zumindest einen Teil des Gehäuses ausbildet. Somit ist der Kontaktbereich beispielsweise in das Gehäuse integrierbar, was eine Gewichtsersparnis bzw. eine kompaktere Bauform ermöglicht.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass der erste thermische Energiespeicher zumindest einen Teil des das mikromechanische oder mikroelektronische Bauteil zumindest teilweise umgebenden Gehäuses ausbildet oder als Füllstoff in zumindest eine Wandung des Gehäuses eingelassen ist. Somit ist eine platzsparende und gewichtsoptimierte Bauweise des elektronischen System möglich.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der
Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen
Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines elektronischen Systems gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht des elektronischen Systems gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht des elektronischen Systems gemäß einer dritten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine Schnittansicht des elektronischen Systems gemäß einer vierten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine Schnittansicht des elektronischen Systems gemäß einer fünften
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 eine Schnittansicht des elektronischen Systems gemäß einer
sechsten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 eine Schnittansicht des elektronischen Systems gemäß einer siebten
Ausführungsform der Erfindung; Fig. 8 eine Schnittansicht des elektronischen Systems gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen
elektronischen Systems gemäß der ersten bis achten
Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile und Komponenten, soweit nichts
Gegenteiliges angegeben ist.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines elektronischen Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Das elektronische System 1 weist ein mikromechanisches Bauteil 10,
vorzugsweise einen Sensor, insbesondere vorzugsweise einen
Beschleunigungssensor, auf. Das mikromechanische Bauteil 10 weist eine Oberseite 10a und eine Unterseite 10b auf.
Alternativ kann auch ein Drehratensensor, ein Magnetsensor, ein Hallsensor, ein Drucksensor, ein mikroelektronisches Bauteil, wie z.B. eine
anwendungsspezifische integrierte Schaltung, oder ein thermoelektrischer Generator vorgesehen sein. Das mikromechanische Bauteil 10 ist auf einem Substrat 12 angeordnet, wobei zwischen dem mikromechanischen Bauteil 10 und dem Substrat 12 ein thermischer Energiespeicher 16 ausgebildet ist. Der thermische Energiespeicher 16 ist durch ein Phasenwechselmaterial ausgebildet, wobei das Phasenwechselmaterial in einem Temperaturbereich von -40 - 150 °C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 0 - 100 °C, sein Elastizitätsmodul durch Aufnahme und Abgabe von Energie ändert.
Das Phasenwechselmaterial ist im vorliegenden Ausführungsmaterial in Form eines Lackes ausgebildet. Alternativ kann das Phasenwechselmaterial auch in Form eines Kleber, eines Gels, eines Films, einer Paste, einer Folie, einer Dispersion, eines Granulats, eines Pulvers oder einer Schicht durch
Siebdrucken, Schablonendruck, Dispensen, Laminieren, Spritzen, Sprühen, Spritzpressen, Spritzgiesen oder Verpressen appliziert sein. Das
Phasenwechselmaterial ist auf dem Substrat 12 durch einen Haftvermittler appliziert. Alternativ kann das Phasenwechselmaterial auch durch einen Kleber oder durch Einpressen appliziert sein.
Des Weiteren ist ein erster Kontaktbereich 14 und ein zweiter Kontaktbereich 15 vorgesehen, welche an einer Unterseite des Substrats 12 angeordnet sind. Der erste Kontaktbereich 14 und der zweite Kontaktbereich 15 sind mittels (in Fig. 1 nicht gezeigten) thermischen Leiterpfaden mit dem thermischen Energiespeicher 16 verbunden. Die (in Fig. 1 nicht gezeigten) thermischen Leiterpfade sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Kupferinserts ausgebildet. Alternativ können die thermischen Leiterpfade auch als metallische Durchkontakte, metallische Leiterbahnen, thermisch gut leitfähige Polymere oder als thermisch schlecht leitfähige Polymere mit thermisch leitfähigen Spacern vorgesehen sein.
Alternativ kann beispielsweise auch nur ein Kontaktbereich vorgesehen werden. Jeweilige Kontaktbereiche können auch an einer anderen geeigneten Stelle des elektronischen Systems angeordnet sein. Überdies ist der thermische Energiespeicher 16 mit dem mikromechanischen
Bauteil 10 mittels eines (in Fig. 1 nicht gezeigten) thermischen Leiterpfades verbunden. Das elektronische System 1 weist ferner ein Gehäuse 18 auf, welches derart ausgebildet ist, dass dieses auf das Substrat 12 aufgesetzt ist und das mikromechanische Bauteil 10 als auch den thermischen
Energiespeicher 16 vollständig umschließt. Das Gehäuse 18 weist eine Breite auf, welche mit der Breite des Substrats 12 identisch ist. Das Substrat 12 ist vorzugsweise durch eine Leiterplatte ausgebildet. Alternativ kann das Substrat 12 auch aus einem anderen geeigneten Material wie Keramik, Silizium, Kupfer oder Polyimid ausgebildet sein.
Das Phasenwechselmaterial ist zwischen den Kontaktbereichen 14, 15 und dem mikromechanischen Bauteil angeordnet, um das System thermisch und/oder mechanisch miteinander zu koppeln. Durch die Kopplung kann einerseits thermische Energie gepuffert und können andererseits thermische Spitzen vom System abgefangen und geglättet werden. Bei genauer Anpassung eines Phasenübergangspunktes an einen Arbeitspunkt des Phasenwechselmaterials kann somit zusätzliche Phasenänderungsenergie in dem Phasenwechselmaterial zwischengespeichert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient das Phasenwechselmaterial bevorzugt der Stressentkopplung des
mikromechanischen Bauteils 10 von dem Substrat 12 des elektronischen
Systems 1. In einem Temperaturbereich von vorzugsweise 20 - 80 °C ist das Phasenwechselmaterial ausgebildet, sein Elastizitätsmodul bzw. seine mechanischen Eigenschaften durch Aufnahme und Abgabe von Energie zu ändern. Durch diese Änderung kann die Ankopplung des mikromechanischen Bauteils 10 am Substrat 12 und/oder Kontaktbereich 14, 15 härter oder weicher eingestellt werden.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht eines elektronischen Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 2 ist der thermische Energiespeicher 16, welcher in Form des
Phasenwechselmaterials ausgebildet ist, zwischen der Oberseite 10a des mikromechanischen Bauteils 10 und einer Innenseite 18a des Gehäuses 18 angeordnet. Die (in Fig. 2 nicht gezeigten) thermischen Leiterpfade verbinden wie in der mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform den ersten und zweiten Kontaktbereich 14, 15 mit dem mikromechanischen Bauteil 10. Der thermische Energiespeicher 16 koppelt das mikromechanische Bauteil 10 thermisch und/oder mechanisch mit den Kontaktbereichen 14, 15. Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht eines elektronischen Systems gemäß einer dritten
Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 3 ist der thermische Energiespeicher 16 in Form des
Phasenwechselmaterials in das Substrat 12 eingebettet. Das mikromechanische Bauteil 10 ist wie in der mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform auf dem Substrat 12 angeordnet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die Oberseite des Substrats 12 eine balkenähnliche Struktur auf. Alternativ kann anstatt der Oberseite auch die Unterseite eine balkenähnliche Struktur aufweisen. Das Substrat 12 weist in der vorliegenden Ausführungsform zwei Ebenen auf. Eine der beiden Ebenen ist hierbei mechanisch flexibel ausgebildet. Das Substrat besteht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus
Polyimid. Alternativ kann das Substrat auch beispielsweise aus FR4, BT oder PTFE ausgebildet sein.
Die Oberseite des Substrats 12, welche eine balkenähnliche Struktur aufweist, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem duroplastischen Material ausgebildet. Der thermische Energiespeicher ist zwischen der duroplastischen Ebene und der mechanisch flexiblen Ebene eingebracht. Die mechanisch flexible Ebene ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Polyimid ausgebildet.
Alternativ kann die mechanisch flexible Ebene auch aus einen anderen geeigneten Material ausgebildet sein.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines elektronischen Systems gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Das elektronische System 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Sensor ausgebildet. Das mikromechanische Bauteil 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen thermoelektrischen Generator ausgebildet, wobei der thermoelektrische Generator eine Oberseite 10a und eine Unterseite 10b, welche einer Kalt- und Heißseite entsprechen, aufweist. Die Unterseite 10b des thermoelektrischen Generators ist mittels Drahtbonds 26 mit Leiterbahnen des Substrats 12 verbunden. Der thermische Energiespeicher 16 in Form des Phasenwechselmaterials ist wie in der mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Ausführungsform in dem Substrat eingebettet. Der Kontaktbereich 14 ist an einer Unterseite des Substrats 12 angeordnet und mit dem thermischen
Energiespeicher 16 durch metallische Inserts thermisch verbunden. Der thermische Energiespeicher 16 ist des Weiteren mit der Unterseite 10b des thermoelektrischen Generators mittels eines thermischen Leiterpfades 24 in Form von metallischen Inserts thermisch verbunden. Ein zweiter Kontaktbereich zur Bereitstellung eines thermischen Gradienten an der Oberseite 10a des thermoelektrischen Generators ist in Fig. 4 nicht dargestellt.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines elektronischen Systems gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 5 ist im Gegensatz zu der in Fig. 4 beschriebenen Ausführungsform auf dem Substrat 12 zusätzlich eine Vergussmasse 25 ausgebildet. Die
Vergussmasse dient der Einhausung des thermoelektrischen Generators und umschließt den thermoelektrischen Generator mit Ausnahme einer oberen Fläche der Oberseite 10a des thermoelektrischen Generators, auf welcher ein
Kühlkörper 20 zum Kühlen des thermoelektrischen Generators angeordnet ist. Durch Vorsehen des Kühlkörpers 20 kann ein an dem thermoelektrischen Generator anliegender Temperaturgradient verbessert werden. Der Kühlkörper 20 weist auch die Funktion eines Deckels des Sensors auf, um mögliche Komponenten vor den Außenbedingungen zu schützen. Alternativ zu dem thermoelektrischen Generator kann auch ein anderes mikromechanisches oder mikroelektronisches Bauteil 10 vorgesehen werden.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht eines elektronischen Systems gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 6 ist der thermische Energiespeicher 16 in Form des
Phasenwechselmaterials in das Substrat 12 eingelassen, insbesondere in eine in dem Substrat 12 ausgebildete Vertiefung eingelassen. Der thermische
Energiespeicher 16 selbst weist ebenfalls eine Vertiefung auf, in welcher der thermoelektrische Generator 10, insbesondere die Unterseite 10b des thermoelektrischen Generators 10 aufgenommen ist. Die vorliegende Ausführung des Sensors weist gegenüber den vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen eine geringere Bauhöhe auf und kann somit in vorteilhafter Weise dort eingesetzt werden, wo eine geringe Bauhöhe des Sensors erforderlich ist.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht eines elektronischen Systems gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung.
In der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ist im Gegensatz zu der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform zusätzlich zu dem in dem Substrat 12
eingebetteten ersten thermischen Energiespeicher 16 ein zweiter thermischer Energiespeicher 22 vorgesehen. Der zweite thermische Energiespeicher 22 ist an einer Oberseite der Vergussmasse 25 angeordnet, wobei der zweite thermische Energiespeicher 22 zwischen einer Oberseite 10a des
thermoelektrischen Generators 10 und einer Unterseite des Kühlkörpers 20 angeordnet ist. Der zweite thermische Energiespeicher 22 ist somit ausgebildet, die Oberseite 10a des thermoelektrischen Generators 10 mit dem Kühlkörper 20 thermisch und/oder mechanisch zu koppeln sowie den thermoelektrischen Generator gegenüber Temperaturänderungen robuster zu machen und mögliche Temperaturspitzen abzufangen bzw. zu puffern.
Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht eines elektronischen Systems gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung.
In der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform ist im Gegensatz zu der mit Bezug auf Fig. 7 dargestellten Ausführungsform eine Geometrie einer Verpackung des Sensors derart ausgebildet, dass die an dem Substrat 12 angeordnete
Vergussmasse 25 zur Einhausung des thermoelektrischen Generators zum einen dünner und zum anderen mit einer einheitlichen Bauhöhe ausgebildet ist. Der Sensor 1 kann somit in Übereinstimmung mit baulichen Anforderungen ausgebildet sein.
Fig. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Systems gemäß der ersten bis achten Ausführungsform der Erfindung.
Das Verfahren zum Herstellen des elektronischen Systems umfasst eine
Aufnahme Sl eines mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils 10 mittels eines Substrats 12, ein Ausbilden S2 zumindest eines, das Substrat 12 kontaktierenden Kontaktbereichs 14 zur Kontaktierung einer Wärmequelle und ein Ausbilden S3 zumindest eines ersten thermischen Energiespeichers 16, welcher in einem Bereich zwischen dem zumindest einen Kontaktbereich 14 und dem mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteil 10 angeordnet ist, sowie ein thermisches Verbinden S4 des ersten thermischen Energiespeichers 16 mit dem zumindest einen Kontaktbereich 14 und dem mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteil 10. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise können die Kontaktbereiche 14, 15, der erste und/oder zweite thermische Energiespeicher 16, 22 sowie das mikromechanische oder mikroelektronische Bauteil 10 an einer anderen geeigneten Position in dem elektronischen System angeordnet sein bzw. variierende Werkstoffeigenschaften aufweisen.

Claims

Elektronisches System, mit:
einem mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteil (10);
einem Substrat (12) zur Aufnahme des mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils (10);
zumindest einem das Substrat (12) kontaktierenden Kontaktbereich (14) zur Kontaktierung einer Wärmequelle; und
einem ersten thermischen Energiespeicher (16), welcher den zumindest einen Kontaktbereich (14) und das mikromechanische oder
mikroelektronischen Bauteil (10) thermisch koppelt.
Elektronisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste thermische Energiespeicher (16) zwischen dem Substrat (12) und dem mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteil (10), auf einer Innenseite (18a) eines, das mikromechanische oder mikroelektronische Bauteil (10) zumindest teilweise umgebenden Gehäuses (18), eingebettet in das Substrat (12) oder in einer in dem Substrat (12) ausgebildeten
Vertiefung angeordnet ist.
Elektronisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste thermische Energiespeicher (16) in Form eines Lacks, eines Gels, eines Films, einer Paste, einer Folie, eines Klebers, einer Dispension, eines Pulvers, eines Granulats, einer Schicht oder als ein Materialverbund bzw. ein Füllstoff durch Siebdrucken, Schablonendruck, Dispensen, Laminieren, Spritzen, Sprühen, Spritzpressen, Spritzgiesen oder Verpressen ausgebildet ist.
Elektronisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste thermische Energiespeicher (16) durch ein Phasenwechselmaterial ausgebildet ist, wobei das Phasenwechselmaterial in einem Temperaturbereich von -40 - 150°C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 0 - 100°C sein Elastizitätsmodul durch Aufnahme und Abgabe von Energie ändert. Elektronisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische oder mikroelektronische Bauteil (10) durch einen Beschleunigungssensor, einen Drehratensensor, einen Magnetsensor, einen Hallsensor, einen Drucksensor, eine
anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder einen thermoelektrischen Generator ausgebildet ist.
Elektronisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mikromechanische oder mikroelektronische Bauteil (10) durch den thermoelektrischen Generator ausgebildet ist, wobei an einer Seite des thermoelektrischen Generators ein Kühlkörper (20) zum Kühlen des thermoelektrischen Generators angeordnet ist.
Elektronisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter thermischer Energiespeicher (22) zumindest abschnittsweise auf einer, auf dem Substrat (12) angeordneten Vergussmasse (25) zur
Einhausung des thermoelektrischen Generators und zumindest
abschnittsweise auf einer Oberseite des thermoelektrischen Generators, zwischen der Oberseite des thermoelektrischen Generators und dem Kühlkörper (20) zum Kühlen des thermoelektrischen Generators angeordnet ist.
Elektronisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kontaktbereich (14) mit dem ersten thermischen Energiespeicher (16) und der erste thermische
Energiespeicher (16) mit dem mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteil (10) mittels jeweils einem thermischen Leiterpfad (24) verbunden sind.
Elektronisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kontaktbereich (14) zumindest einen Teil eines Gehäuses (18) ausbildet und/oder der thermische Leiterpfad (24) zur Oberseite des mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils (10) zumindest einen Teil des Gehäuses (18) ausbildet.
10. Elektronisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste thermische Energiespeicher (16) zumindest einen Teil des das mikromechanische oder mikroelektronische Bauteil (10) zumindest teilweise umgebenden Gehäuses (18) ausbildet oder als Füllstoff in zumindest eine Wandung des Gehäuses (18) eingelassen ist.
11. Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Systems, mit den Schritten:
Aufnahme (Sl) eines mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils (10) mittels eines Substrats (12);
Ausbilden (S2) zumindest eines, das Substrat (12) kontaktierenden
Kontaktbereichs (14) zur Kontaktierung einer Wärmequelle;
Ausbilden (S3) zumindest eines ersten thermischen Energiespeichers (16); und
thermisches Koppeln (S4) des zumindest einen Kontaktbereichs (14) und des mikromechanischen oder mikroelektronischen Bauteils (10) mittels dem ersten thermischen Energiespeicher (16).
12. Sensor, mit:
einem thermoelektrischen Generator (10);
einem Substrat (12) zur Aufnahme des thermoelektrischen Generators (10); einem ersten Kontaktbereich (14) und einem zweiten Kontaktbereich (15), welche das Substrat (12) kontaktieren und zur Kontaktierung einer
Wärmequelle ausgebildet sind; und
einem ersten thermischen Energiespeicher (16), welcher den ersten
Kontaktbereich (14) und/oder den zweiten Kontaktbereich (15) und das mikromechanische oder mikroelektronischen Bauteil (10) thermisch koppelt.
13. Sensorsystem, mit einem Sensor nach Anspruch 12;
einer Leistungsschaltung zum Schalten einer durch den thermoelektrischen Generator (10) erzeugten Spannung;
einem Mikrocontroller zum Steuern des thermoelektrischen Generators (10); einem Energiespeicher zum Speichern der von dem thermoelektrischen Generator (10) erzeugten Energie;
einem Funkmodul zur drahtlosen Übertragung von Sensordaten; und einer Antenne.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017068476A1 (en) * 2015-10-21 2017-04-27 Soreq Nuclear Research Center Ultra-compact cooling systems based on phase change material heat-reservoirs
WO2018060233A1 (en) * 2016-09-27 2018-04-05 At&S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Component carrier with fully encapsulated thermoelectric device
CN106404821B (zh) * 2016-10-31 2023-05-23 华南理工大学 一种材料相变行为表征用电-热耦合处理系统
DE102017206744B9 (de) * 2017-04-21 2023-01-12 Infineon Technologies Ag Mems package mit hoher wärmekapazität und verfahren zum herstellen selbiger

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT190151B (de) 1955-10-25 1957-06-11 Landis & Gyr Ag Rücklaufhemmung mit Signalgabe für elektrische Meßinstrumente, insbesondere Elektrizitätszähler
JP3051919B2 (ja) * 1998-11-13 2000-06-12 セイコーインスツルメンツ株式会社 熱発電式電子機器
DE10324156A1 (de) * 2003-05-22 2004-12-16 Siemens Ag Verfahren und Anordnung zum thermischen Schutz elektronischer Einheiten in einem elektronischen Gerät
DE10347518A1 (de) * 2003-10-13 2005-05-25 Siemens Ag Elektronisches Bauelement, Schaltungsträgeraufbau und Elektronikeinheit mit Wärmespeicher
FR2961956B1 (fr) * 2010-06-23 2012-08-17 Commissariat Energie Atomique Thermogenerateur a materiaux a changement de phase
US20120152297A1 (en) * 2010-12-15 2012-06-21 The Boeing Company Power generation using a thermoelectric generator and a phase change material

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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