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WO2008065093A2 - Device for determining and/or monitoring a process variable and method for contacting - Google Patents

Device for determining and/or monitoring a process variable and method for contacting Download PDF

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WO2008065093A2
WO2008065093A2 PCT/EP2007/062842 EP2007062842W WO2008065093A2 WO 2008065093 A2 WO2008065093 A2 WO 2008065093A2 EP 2007062842 W EP2007062842 W EP 2007062842W WO 2008065093 A2 WO2008065093 A2 WO 2008065093A2
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WO
WIPO (PCT)
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contact
sensor unit
contacting
conductor structure
sensor
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2007/062842
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German (de)
French (fr)
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WO2008065093A3 (en
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Dirk Boghun
Alfred Umkehrer
Stephan Konrad
Gundolf Lippold
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.)
Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
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Publication of WO2008065093A2 publication Critical patent/WO2008065093A2/en
Publication of WO2008065093A3 publication Critical patent/WO2008065093A3/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a device for determining and / or monitoring at least one process variable.
  • the process variable is, for example, temperature, flow, humidity, level or pH.
  • the invention relates to a method for contacting a sensor unit, wherein the sensor unit is, for example, a thin-film or thick-film sensor.
  • thin-film sensors In process metrology more and more so-called thin-film sensors have been introduced in recent years. For example, they are thin-film resistance thermometers or specially developed sensor elements, such as those used for calorimetric flow measurement.
  • the thin-film technology enables small and robust designs with flexible packaging options and comparatively cost-effective, reproducible production in large numbers.
  • Thin film structures are usually not housed, such as semiconductor elements, so that common bonding methods are usually not applicable. Such would not be sufficiently resilient mechanically.
  • a common and mature contacting technology in particular In the case of thin-film resistance thermometers, the welding of thin nickel / silver or platinum tapes or tapes with diameters greater than or equal to 0.1 mm is carried out on specially provided and correspondingly metallized contact surfaces (pads) directly on the thin-film element. These welds must then be provided with special glass covers to ensure sufficient mechanical strength even at higher temperatures.
  • the so-welded and fixed Kunststoffdrähtchen can be extended with insulated wires or strands of larger diameter.
  • connection pads on the thin-film element are only very small in area, because a plurality of contact wires have to be applied or because with increasing miniaturization of the thin-film elements, the available space on the sensor element becomes smaller.
  • Low temperature masking pastes e.g. Polyimide.
  • the object of the invention is therefore to propose a simplification and improvement of the electrical contacting of thin film sensors.
  • the invention solves the problem in that at least one
  • Sensor unit is provided, that the sensor unit is applied with a bottom on an upper side of a substrate, that the sensor unit is connected for electrical contacting with at least one contact pad, that at least one contact board is provided that the contact board on a bottom with a Conductor structure is provided, wherein the conductor pattern is configured corresponding to the arrangement of the contact pad, that the conductor structure and the contact pad are electrically conductively connected to each other, and that the contact board on an upper side at least one contacting unit, wherein the contacting unit and the conductor structure are electrically conductively connected to each other ,
  • the sensor unit is located on a substrate and can be electrically contacted via at least one contact pad or via a plurality of contact pads.
  • a contact board which has a conductor structure which is designed corresponding to the arrangement of the contact pads or, preferably in such a way that each contact pad experiences an electrical connection to the contact board via the circuit board.
  • On the top of the contact board is the place for the arrangement of contacting units. That is, the wires, strands or bands are contacted according to the invention with the contact plate arranged above the sensor unit, on which therefore also more contact surface is located.
  • the term "sensor unit” should be understood to mean the thin-layer or thick-layer structure which serves for the actual measurement, ie the recording of the measured variable from which the process variable is determined or a change in the process variable is detected. Possibly. the sensor unit contains additional elements.
  • the sensor unit is first produced with suitable methods on the substrate.
  • a secure and more reliable contacting of such thin-film elements is achieved by the use of an additional contact board, which is applied in sandwich construction on the upper side of the thin-film sensor.
  • the contact boards have the same dimensions and consist of the same carrier material as the substrate on which the sensor unit is located.
  • a conductor structure is applied, which is preferably a mirror image of the arrangement of the contact pads on the Sensor unit or on the substrate of the sensor unit corresponds.
  • soldering pads which utilize the entire surface can be applied, which are connected via electrically conductive plated-through holes to the associated conductor structure on the underside of the contact board. On these solder pads can then be attached relatively easily by soldering or welding and thicker, insulated connecting wires or strands or bands directly.
  • Sensor element with the contacting board is preferably realized by solder joints or conductive adhesive between the contact pads on the sensor element and the congruent overlying conductor structures of the contact board. This can be done by appropriately mask applied solder paste or the use of so-called. Gridballs, as known from BGA (Ball Grid Array) components. If one uses higher melting solders for this purpose, it is ensured that this solder joint also has the subsequent soldering of the connecting strands or the later possibly required soldering / soldering of the sensor unit thus contacted, insofar as lower melting solders are used for this purpose.
  • the units according to the invention can be inexpensively produced in large numbers in the so-called use as standard printed circuit boards. On them are applied fully automatically by mask corresponding solder pastes / balls. Then, with automatic placement machines, as with conventional SMD components, the thin-film sensor elements are positioned and soldered in the reflow oven, for example. A fully automatic test (measuring the contact resistance and / or the electrical sensor parameters) is also possible, as with "normal" printed circuit boards, with the conventional test systems.A separation of the benefits and a separation of the functional sensor elements are only final for attaching the Connecting wires on the soldered contact boards required. An embodiment includes that the sensor unit between the
  • Top of the substrate and the bottom of the contact board is arranged.
  • An embodiment provides that the substrate and the contact board consist essentially of the same material.
  • An embodiment includes that the conductor structure of the contact board is configured in mirror image to the arrangement of the contact pad.
  • the contacting unit is a connection wire or a pigtail or a connection strip.
  • An embodiment includes that the sensor unit is a thin-film or thick-film sensor.
  • the sensor unit is a temperature sensor or a calorimetric flow sensor.
  • the invention solves the problem by a method for
  • a sensor unit which comprises at least the following steps: that the sensor unit is applied with a lower side on an upper side of a substrate, that the sensor unit is connected for electrical contacting with at least one contact pad that a contact board on a bottom with a corresponding to the arrangement of the contact pad Ladder structure is provided, and that the conductor pattern and the contact pad are electrically connected to each other.
  • the sensor unit is quasi enclosed between the substrate and the contact board.
  • the at least one contact pad is arranged, on the opposite side of the contact board, one of its arrangement according to configured conductor structure is predetermined.
  • the sensor unit is electrically connected to the contact plate via the connection between the contact pad and the conductor structure, and preferably the surface of the contact plate facing away from the sensor unit can be used for contacting it to the outside or to other components.
  • the place for contacting the sensor unit is on the Substrate limited, because there is, inter alia, the sensor unit. Due to the configuration of contact pad and conductor structure, the electrical contact is transferred to the contact board, the top allows significantly more space for contacting with contact strands, leads or bands.
  • the embodiments and details of the measuring device described above also apply correspondingly to the method and the details of the method are also valid for the device.
  • An embodiment of the method according to the invention provides that at least one contacting unit is applied on an upper side of the contact plate.
  • the contacting unit is, for example, a connecting wire or a pigtail or a connecting band.
  • An embodiment of the method according to the invention includes that the contacting unit and the conductor structure are electrically conductively connected to each other.
  • An embodiment of the method according to the invention provides that the conductor structure of the contact board is configured in mirror image to the arrangement of the contact pad.
  • Fig. 1 a lateral section through an inventive arrangement
  • FIG. 2 shows a section through the arrangement of FIG. 1.
  • a sensor unit 1 which is a so-called thin-film sensor, is located on a substrate 2.
  • the sensor unit 1 is designed, for example, such that the process variable temperature, flow or humidity are measured or can be monitored.
  • the sensor unit 1 in this example shown here is a temperature-sensitive resistance structure.
  • the sensor unit 1 is connected to two contact pads 3 (or contact surfaces), via which, for example, the electrical resistance of the sensor unit 1 can be measured.
  • the contact pads serve 3 Thus, the electrical contacting of the sensor unit 1.
  • the contact pads 3 are laterally offset from the sensor unit 1 attached.
  • the contact pads 3 are at least partially on the substrate 2 or on the sensor unit 1.
  • the contact pads 3 are part of the sensor unit 1.
  • a contacting board 5 is arranged, which via a conductor structure. 6 features.
  • the substrate 2 and the contacting board 5 have substantially the same dimensions.
  • the conductor structure 6 is designed such that it is a mirror image of the arrangement of the contact pads 3, so that therefore each electrical connection point of the sensor element 1 is guided to the contact board 5.
  • the contact pads 3 and the conductor structure 6 are connected to one another by means of solder connections 8 for the electrical contacting.
  • a conductive adhesive may be used.
  • a connection between the substrate 2 and the contact board 5 is preferably made at other locations.

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Abstract

The invention relates to a device for determining and/or monitoring at least one process variable. The invention is characterized in that at least one sensor unit (1) is provided, that the sensor unit (1) is applied with a lower side thereof to an upper side of a substrate (2), that the sensor unit (1) is connected to at least one contact pad (3) for electrical contact, that at least one contact plate (5) is provided, that a lower side of said contact plate (5) is provided with a conductor structure (6), said conductor structure (6) being designed so as to correspond to the arrangement of the contact pad (3). The invention is further characterized in that the conductor structure (6) and the contact pad (3) are contacted with each other in an electrically conducting manner, and that the contact plate (5) has at least one contacting unit (7) on an upper side, said contacting unit (7) and the conductor structure (6) being contacted with each other in an electrically conducting manner. The invention also relates to a method for contacting the sensor unit (1).

Description

Beschreibung description

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße undDevice for determining and / or monitoring a process variable and

Verfahren zur KontaktierungMethod for contacting

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um Temperatur, Durchfluss, Feuchtigkeit, Füllstand oder pH-Wert. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Kontaktierung einer Sensoreinheit, wobei es sich bei der Sensoreinheit beispielsweise um einen Dünnschicht- oder Dickschichtsensor handelt.The invention relates to a device for determining and / or monitoring at least one process variable. The process variable is, for example, temperature, flow, humidity, level or pH. Furthermore, the invention relates to a method for contacting a sensor unit, wherein the sensor unit is, for example, a thin-film or thick-film sensor.

[0002] In der Prozessmesstechnik haben in den letzten Jahren immer mehr so genannte Dünnschichtsensoren Einzug gehalten. Beispielsweise handelt es sich um Dünnschicht-Widerstandsthermometer oder speziell entwickelte Sensorelemente, wie sie beispielsweise für die kalorimetrische Durchflussmessung verwendet werden. Die Dünnschichttechnologie ermöglicht kleine und robuste Bauformen mit flexiblen Konfektionierungsmöglichkeiten und eine vergleichsweise kostengünstige, reproduzierbare Fertigung in großen Stückzahlen.In process metrology more and more so-called thin-film sensors have been introduced in recent years. For example, they are thin-film resistance thermometers or specially developed sensor elements, such as those used for calorimetric flow measurement. The thin-film technology enables small and robust designs with flexible packaging options and comparatively cost-effective, reproducible production in large numbers.

[0003] Bei der Dünnschichttechnologie werden auf einem Substrat sehr dünne Metallschichten von ca. 1 mm Dicke abgeschieden. Man nutzt dafür aus der Halbleitertechnologie bekannte Verfahren wie das Aufdampfen oder Sputtern im Vakuum. Beispielsweise für Temperatursensoren oder auch für bestimmte Durchflusssensoren sind es mindestens eine, ggf. auch mehrere homogene Schichten aus hochreinen Metallen (Platin) oder Metalllegierungen, die auf einem AI2O3-Keramikwafer erzeugt und anschließend in der Regel mit fotolithografischen Verfahren in Reinräumen strukturiert werden.In thin-film technology very thin metal layers of about 1 mm thickness are deposited on a substrate. For this, processes known from semiconductor technology, such as vapor deposition or sputtering in a vacuum, are used. For example, for temperature sensors or for certain flow sensors, there are at least one, possibly even more homogeneous layers of highly pure metals (platinum) or metal alloys, which are produced on an Al 2 O 3 ceramic wafer and then structured in clean rooms usually with photolithographic processes ,

[0004] Schwierig gestaltet sich jedoch die elektrische Kontaktierung solcherDifficult, however, designed the electrical contacting such

Dünnschichtstrukturen. Dünnschichtsensoren werden in der Regel nicht wie beispielsweise Halbleiterelemente eingehaust, so dass gängige Bondverfahren meist nicht anwendbar sind. Solche wären mechanisch nicht hinreichend belastbar.Thin film structures. Thin film sensors are usually not housed, such as semiconductor elements, so that common bonding methods are usually not applicable. Such would not be sufficiently resilient mechanically.

[0005] Eine verbreitete und ausgereifte Kontaktierungstechnologie, insbesondere bei den Dünnschicht-Widerstandsthermometern, ist das Aufschweißen dünner Nickel-/Silber- oder Platindrähtchen bzw. -Bänder mit Durchmessern größer oder gleich 0,1 mm auf speziell dafür vorgesehene und entsprechend metallisierte Kontaktflächen (Pads) direkt auf dem Dünnschichtelement. Diese Schweißstellen müssen anschließend mit speziellen Glasabdeckungen versehen werden, um eine ausreichende mechanische Belastbarkeit auch bei höheren Temperaturen zu gewährleisten. Die so angeschweißten und fixierten Kontaktdrähtchen lassen sich mit isolierten Drähten bzw. Litzen größerer Durchmesser verlängern. Nicht oder nur eingeschränkt nutzbar ist diese Technologie jedoch, wenn die Anschlusspads auf dem Dünnschichtelement nur sehr kleinflächig sind, weil mehrere Kontaktdrähtchen angebracht werden müssen oder weil mit fortschreitender Miniaturisierung der Dünnschichtelemente der zur Verfügung stehende Platz auf dem Sensorelement geringer wird. Eine Einschränkung besteht auch dann, wenn keine Glasabdeckung aufgebracht werden kann, weil beispielsweise die Dünnschichtstruktur auf dem Substrat mehrschichtig aufgebaut ist und dadurch nicht mehr hinreichend temperaturresistent ist, um die zur Verglasung notwendigen Temperaturen größer 500°C sicher zu überstehen.A common and mature contacting technology, in particular In the case of thin-film resistance thermometers, the welding of thin nickel / silver or platinum tapes or tapes with diameters greater than or equal to 0.1 mm is carried out on specially provided and correspondingly metallized contact surfaces (pads) directly on the thin-film element. These welds must then be provided with special glass covers to ensure sufficient mechanical strength even at higher temperatures. The so-welded and fixed Kontaktdrähtchen can be extended with insulated wires or strands of larger diameter. However, this technology can not be used or can only be used to a limited extent if the connection pads on the thin-film element are only very small in area, because a plurality of contact wires have to be applied or because with increasing miniaturization of the thin-film elements, the available space on the sensor element becomes smaller. A limitation exists even if no glass cover can be applied because, for example, the thin-film structure on the substrate has a multilayer structure and is therefore no longer sufficiently temperature-resistant to safely survive the temperatures necessary for glazing greater than 500 ° C.

[0006] Im letzteren Fall besteht ein Behelf in der Verwendung vonIn the latter case, there is a proviso in the use of

Niedertemperatur-Abdeckpasten, z.B. Polyimid. Allerdings ist die mechanische Belastbarkeit der so fixierten Anschlussdrähte, insbesondere wenn sie noch mit Litzen verlängert werden, deutlich herabgesetzt.Low temperature masking pastes, e.g. Polyimide. However, the mechanical strength of the so fixed connection wires, especially if they are still extended with strands, significantly reduced.

[0007] Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vereinfachung und Verbesserung der elektrischen Kontaktierung von Dünnschichtsensoren vorzuschlagen.The object of the invention is therefore to propose a simplification and improvement of the electrical contacting of thin film sensors.

[0008] Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass mindestens eineThe invention solves the problem in that at least one

Sensoreinheit vorgesehen ist, dass die Sensoreinheit mit einer Unterseite auf einer Oberseite eines Substrats aufgebracht ist, dass die Sensoreinheit zur elektrischen Kontaktierung mit mindestens einem Kontaktpad verbunden ist, dass mindestens eine Kontaktplatine vorgesehen ist, dass die Kontaktplatine auf einer Unterseite mit einer Leiterstruktur versehen ist, wobei die Leiterstruktur korrespondierend zur Anordnung des Kontaktpads ausgestaltet ist, dass die Leiterstruktur und der Kontaktpad elektrisch leitend miteinander verbunden sind, und dass die Kontaktplatine auf einer Oberseite mindestens eine Kontaktierungseinheit aufweist, wobei die Kontaktierungseinheit und die Leiterstruktur elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten: Die Sensoreinheit befindet sich auf einem Substrat und ist über mindestens einen Kontaktpad oder über mehrere Kontaktpads elektrisch kontaktierbar. Oberhalb der Sensoreinheit ist eine Kontaktplatine angeordnet, welche über eine Leiterstruktur verfügt, die korrespondierend zur Anordnung des oder der Kontaktpads ausgestaltet ist und zwar vorzugsweise derart, dass jedes Kontaktpad über die Leiterplatte eine elektrisch Verbindung zur Kontaktplatine erfährt. Auf der Oberseite der Kontaktplatine befindet sich der Platz für die Anordnung von Kontaktierungseinheiten. D.h. die Drähte, Litzen oder Bänder werden erfindungsgemäß mit der oberhalb der Sensoreinheit angeordneten Kontaktplatine kontaktiert, auf weicher sich somit auch mehr Kontaktfläche befindet. Unter Sensoreinheit sei dabei die Dünnschicht- oder Dickschichtstruktur verstanden, die der eigentlichen Messung dient, d.h. der Aufnahme der Messgröße, aus welcher die Prozessgröße bestimmt oder eine Änderung der Prozessgröße erkannt wird. Ggf. beinhaltet die Sensoreinheit noch weitere Elemente. Insbesondere wird die Sensoreinheit mit den passenden Verfahren erst auf dem Substrat erzeugt. Erfindungsgemäß wird somit eine sichere und belastbarere Kontaktierung solcher Dünnschichtelemente durch die Verwendung einer zusätzlichen Kontaktplatine erreicht, die in Sandwich-Bauweise auf der Oberseite des Dünnschicht-Sensors aufgebracht ist. Bevorzugt haben die Kontaktplatinen die gleichen Abmessungen und bestehen aus dem gleichen Träger-Material wie das Substrat, auf welchem sich die Sensoreinheit befindet. Auf der Unterseite der Kontaktplatine, d.h. auf der der Sensoreinheit zugewandten Seite, ist eine Leiterstruktur aufgebracht, die vorzugsweise spiegelbildlich der Anordnung der Kontaktpads auf der Sensoreinheit bzw. auf dem Substrat der Sensoreinheit entspricht. Auf der Oberseite der Kontaktplatine lassen sich vergleichsweise große, die gesamte Fläche ausnutzende Lötpads aufbringen, die über elektrisch leitfähige Durchkontaktierungen mit der zugehörigen Leiterstruktur auf der Unterseite der Kontaktplatine verbunden sind. Auf diesen Lötpads können dann relativ einfach durch Löten bzw. Schweißen auch dickere, isolierte Anschlussdrähte oder -litzen oder -bänder direkt angebracht werden.Sensor unit is provided, that the sensor unit is applied with a bottom on an upper side of a substrate, that the sensor unit is connected for electrical contacting with at least one contact pad, that at least one contact board is provided that the contact board on a bottom with a Conductor structure is provided, wherein the conductor pattern is configured corresponding to the arrangement of the contact pad, that the conductor structure and the contact pad are electrically conductively connected to each other, and that the contact board on an upper side at least one contacting unit, wherein the contacting unit and the conductor structure are electrically conductively connected to each other , In other words, the sensor unit is located on a substrate and can be electrically contacted via at least one contact pad or via a plurality of contact pads. Above the sensor unit, a contact board is arranged, which has a conductor structure which is designed corresponding to the arrangement of the contact pads or, preferably in such a way that each contact pad experiences an electrical connection to the contact board via the circuit board. On the top of the contact board is the place for the arrangement of contacting units. That is, the wires, strands or bands are contacted according to the invention with the contact plate arranged above the sensor unit, on which therefore also more contact surface is located. The term "sensor unit" should be understood to mean the thin-layer or thick-layer structure which serves for the actual measurement, ie the recording of the measured variable from which the process variable is determined or a change in the process variable is detected. Possibly. the sensor unit contains additional elements. In particular, the sensor unit is first produced with suitable methods on the substrate. Thus, according to the invention, a secure and more reliable contacting of such thin-film elements is achieved by the use of an additional contact board, which is applied in sandwich construction on the upper side of the thin-film sensor. Preferably, the contact boards have the same dimensions and consist of the same carrier material as the substrate on which the sensor unit is located. On the underside of the contact board, that is, on the side facing the sensor unit, a conductor structure is applied, which is preferably a mirror image of the arrangement of the contact pads on the Sensor unit or on the substrate of the sensor unit corresponds. On the upper side of the contact board, comparatively large soldering pads which utilize the entire surface can be applied, which are connected via electrically conductive plated-through holes to the associated conductor structure on the underside of the contact board. On these solder pads can then be attached relatively easily by soldering or welding and thicker, insulated connecting wires or strands or bands directly.

[0010] Die elektrische Kontaktierung des Dünnschichtelements, also desThe electrical contacting of the thin-film element, so the

Sensorelements, mit der Kontaktierungsplatine wird vorzugsweise durch Lötverbindungen oder durch Leitkleber zwischen den Kontaktpads auf dem Sensorelement und den deckungsgleich darüber liegenden Leiterstrukturen der Kontaktplatine realisiert. Dies kann durch entsprechend per Maske aufgebrachte Lötpaste oder die Verwendung von sog. Gridballs erfolgen, wie man sie von BGA (Ball Grid Array)-Bauteilen kennt. Verwendet man dafür höher schmelzende Lote, so ist gewährleistet, dass diese Lötverbindung auch beim nachträglichen Anlöten der Anschlusslitzen bzw. beim später ggf. erforderlichen Auf-/Einlöten der so kontaktierten Sensoreinheit Bestand hat, insofern hierfür niedriger schmelzende Lote verwendet werden.Sensor element, with the contacting board is preferably realized by solder joints or conductive adhesive between the contact pads on the sensor element and the congruent overlying conductor structures of the contact board. This can be done by appropriately mask applied solder paste or the use of so-called. Gridballs, as known from BGA (Ball Grid Array) components. If one uses higher melting solders for this purpose, it is ensured that this solder joint also has the subsequent soldering of the connecting strands or the later possibly required soldering / soldering of the sensor unit thus contacted, insofar as lower melting solders are used for this purpose.

[0011] Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der sehr gutenAnother advantage of the invention lies in the very good

Automatisierbarkeit. Die erfindungsgemäßen Einheiten lassen sich kostengünstig in großer Stückzahl im so genannten Nutzen als Standard-Leiterkarten herstellen. Auf ihnen werden vollautomatisch per Maske entsprechende Lötpasten/Balls aufgebracht. Anschließend werden mit Bestückungsautomaten, wie bei herkömmlichen SMD-Bauteilen auch, die Dünnschicht-Sensorelemente positioniert und z.B. im Reflow-Ofen verlötet. Auch eine vollautomatische Prüfung (das Vermessen der Kontaktwiderstände und/oder der elektrischen Sensorparameter) ist im Nutzen, wie bei „normalen" Leiterkarten auch, mit den gebräuchlichen Testanlagen möglich. Eine Trennung des Nutzens und eine Separierung der funktionsfähigen Sensorelemente sind erst abschließend zum Anbringen der Anschlussdrähte auf den aufgelöteten Kontaktplatinen erforderlich. [0012] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Sensoreinheit zwischen derAutomation. The units according to the invention can be inexpensively produced in large numbers in the so-called use as standard printed circuit boards. On them are applied fully automatically by mask corresponding solder pastes / balls. Then, with automatic placement machines, as with conventional SMD components, the thin-film sensor elements are positioned and soldered in the reflow oven, for example. A fully automatic test (measuring the contact resistance and / or the electrical sensor parameters) is also possible, as with "normal" printed circuit boards, with the conventional test systems.A separation of the benefits and a separation of the functional sensor elements are only final for attaching the Connecting wires on the soldered contact boards required. An embodiment includes that the sensor unit between the

Oberseite des Substrats und der Unterseite der Kontaktplatine angeordnet ist.Top of the substrate and the bottom of the contact board is arranged.

[0013] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Substrat und die Kontaktplatine im Wesentlichen aus dem gleichen Material bestehen.An embodiment provides that the substrate and the contact board consist essentially of the same material.

[0014] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Leiterstruktur der Kontaktplatine spiegelbildlich zur Anordnung des Kontaktpads ausgestaltet ist.An embodiment includes that the conductor structure of the contact board is configured in mirror image to the arrangement of the contact pad.

[0015] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei der Kontaktierungseinheit um einen Anschlussdraht oder um eine Anschlusslitze oder um ein Anschlussband handelt.An embodiment provides that the contacting unit is a connection wire or a pigtail or a connection strip.

[0016] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Sensoreinheit um einen Dünnschicht- oder Dickschichtsensor handelt.An embodiment includes that the sensor unit is a thin-film or thick-film sensor.

[0017] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei der Sensoreinheit um einen Temperatursensor oder um einen kalorimetrischen Durchflusssensor handelt.One embodiment provides that the sensor unit is a temperature sensor or a calorimetric flow sensor.

[0018] Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe durch ein Verfahren zurFurthermore, the invention solves the problem by a method for

Kontaktierung einer Sensoreinheit, welches zumindest folgende Schritte umfasst: dass die Sensoreinheit mit einer Unterseite auf einer Oberseite eines Substrats aufgebracht wird, dass die Sensoreinheit zur elektrischen Kontaktierung mit mindestens einem Kontaktpad verbunden wird, dass eine Kontaktplatine auf einer Unterseite mit einer zur Anordnung des Kontaktpads korrespondierenden Leiterstruktur versehen wird, und dass die Leiterstruktur und der Kontaktpad elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Erfindungsgemäß wird somit die Sensoreinheit quasi zwischen dem Substrat und der Kontaktplatine eingefasst. In Richtung des Substrats ist der mindestens eine Kontaktpad angeordnet, dem gegenüber auf der Kontaktplatine eine seiner Anordnung entsprechend ausgestaltete Leiterstruktur vorgegeben ist. Über die Verbindung zwischen Kontaktpad und Leiterstruktur ist somit die Sensoreinheit mit der Kontaktplatine elektrisch verbunden und vorzugsweise die von der Sensoreinheit abgewandte Oberfläche der Kontaktplatine kann für die Kontaktierung nach außen bzw. zu weiteren Bauteilen verwendet werden. Mit anderen Worten: Der Platz für die Kontaktierung der Sensoreinheit ist auf dem Substrat limitiert, weil sich dort u.a. die Sensoreinheit befindet. Durch die Ausgestaltung von Kontaktpad und Leiterstruktur wird die elektrische Kontaktierung auf die Kontaktplatine überführt, deren Oberseite deutlich mehr Platz für die Kontaktierung mit Kontaktlitzen, -leitungen oder -bändern erlaubt. Die oben beschriebenen Ausgestaltungen und Details der Messvorrichtung gelten entsprechend auch für das Verfahren bzw. die Details des Verfahrens sind entsprechend auch für die Vorrichtung gültig.Contacting a sensor unit, which comprises at least the following steps: that the sensor unit is applied with a lower side on an upper side of a substrate, that the sensor unit is connected for electrical contacting with at least one contact pad that a contact board on a bottom with a corresponding to the arrangement of the contact pad Ladder structure is provided, and that the conductor pattern and the contact pad are electrically connected to each other. According to the invention thus the sensor unit is quasi enclosed between the substrate and the contact board. In the direction of the substrate, the at least one contact pad is arranged, on the opposite side of the contact board, one of its arrangement according to configured conductor structure is predetermined. Thus, the sensor unit is electrically connected to the contact plate via the connection between the contact pad and the conductor structure, and preferably the surface of the contact plate facing away from the sensor unit can be used for contacting it to the outside or to other components. In other words: The place for contacting the sensor unit is on the Substrate limited, because there is, inter alia, the sensor unit. Due to the configuration of contact pad and conductor structure, the electrical contact is transferred to the contact board, the top allows significantly more space for contacting with contact strands, leads or bands. The embodiments and details of the measuring device described above also apply correspondingly to the method and the details of the method are also valid for the device.

[0019] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass auf einer Oberseite der Kontaktplatine mindestens eine Kontaktierungseinheit aufgebracht wird. Bei der Kontaktierungseinheit handelt es sich beispielsweise um einen Anschlussdraht oder um eine Anschlusslitze oder um ein Anschlussband.An embodiment of the method according to the invention provides that at least one contacting unit is applied on an upper side of the contact plate. The contacting unit is, for example, a connecting wire or a pigtail or a connecting band.

[0020] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die Kontaktierungseinheit und die Leiterstruktur elektrisch leitend miteinander verbunden werden.An embodiment of the method according to the invention includes that the contacting unit and the conductor structure are electrically conductively connected to each other.

[0021] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Leiterstruktur der Kontaktplatine spiegelbildlich zur Anordnung des Kontaktpads ausgestaltet wird.An embodiment of the method according to the invention provides that the conductor structure of the contact board is configured in mirror image to the arrangement of the contact pad.

[0022] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings. It shows:

[0023] Fig. 1 : einen seitlichen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung, undFig. 1: a lateral section through an inventive arrangement, and

[0024] Fig. 2: einen Schnitt durch die Anordnung der Fig. 1.FIG. 2 shows a section through the arrangement of FIG. 1. FIG.

[0025] In der Fig. 1 befindet sich eine Sensoreinheit 1 , bei welcher es sich um einen sog. Dünnschichtsensor handelt, auf einem Substrat 2. Die Sensoreinheit 1 ist beispielsweise so ausgestaltet, dass über sie die Prozessgröße Temperatur, Durchfluss oder Feuchtigkeit gemessen oder überwacht werden kann. Bei der Sensoreinheit 1 handelt es sich also in diesem hier gezeigten Beispiel - mit anderen Worten - um eine temperatursensitive Widerstandsstruktur. Wie in der Fig. 2 dargestellt, ist die Sensoreinheit 1 mit zwei Kontaktpads 3 (oder Kontaktflächen) verbunden, über welche beispielsweise der elektrische Widerstand der Sensoreinheit 1 ausmessbar ist. Im Allgemeinen dienen die Kontaktpads 3 somit der elektrischen Kontaktierung der Sensoreinheit 1. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel sind die Kontaktpads 3 seitlich versetzt zur Sensoreinheit 1 angebracht. Je nach Ausgestaltung befinden sich die Kontaktpads 3 dabei zumindest teilweise auf dem Substrat 2 oder auf der Sensoreinheit 1. In einer weiteren Ausgestaltung sind die Kontaktpads 3 ein Bestandteil der Sensoreinheit 1. Oberhalb der Sensoreinheit 1 ist eine Kontaktierungsplatine 5 angeordnet, welche über eine Leiterstruktur 6 verfügt. In einer Ausgestaltung haben das Substrat 2 und die Kontaktierungsplatine 5 im Wesentlichen die gleiche Dimensionierung. Die Leiterstruktur 6 ist dabei derartig ausgestaltet, dass sie spiegelbildlich zur Anordnung der Kontaktpads 3 ist, so dass also jeder elektrischer Verbindungspunkt des Sensorelements 1 zur Kontaktplatine 5 geführt wird. Für die elektrische Kontaktierung sind hierbei im gezeigten Beispiel die Kontaktpads 3 und die Leiterstruktur 6 mittels Lotverbindungen 8 miteinander verbunden. Alternativ kann auch ein leitfähiger Kleber verwendet werden. Für die mechanische Belastbarkeit ist vorzugsweise auch an anderen Stellen eine Verbindung zwischen dem Substrat 2 und der Kontaktplatine 5 hergestellt. Mit entsprechenden Durchkontaktierungen 9 sind elektrische Verbindungen zwischen der Leiterstruktur 6 auf der Unterseite der Kontaktplatine 5 und den hier dargestellten zwei Kontaktierungseinheiten 7 auf der Oberseite der Kontaktplatine 5 gegeben. Die ganze Oberseite der Kontaktplatine 5 erlaubt eine Kontaktierung des Messelements mit Drähten, Litzen oder Bändern. Hier dargestellt sind zwei Anschlussdrähte 7, welche wiederum über Lötverbindungen 8 befestigt sind. Die gezeigte Messvorrichtung lässt sich leicht und automatisch in großer Stückzahl herstellen und kann anschließend ein Bestandteil eines Feldgerätes der Prozess- und Automatisierungstechnik werden.In FIG. 1, a sensor unit 1, which is a so-called thin-film sensor, is located on a substrate 2. The sensor unit 1 is designed, for example, such that the process variable temperature, flow or humidity are measured or can be monitored. In other words, the sensor unit 1 in this example shown here is a temperature-sensitive resistance structure. As shown in FIG. 2, the sensor unit 1 is connected to two contact pads 3 (or contact surfaces), via which, for example, the electrical resistance of the sensor unit 1 can be measured. In general, the contact pads serve 3 Thus, the electrical contacting of the sensor unit 1. In the example shown in Fig. 2, the contact pads 3 are laterally offset from the sensor unit 1 attached. Depending on the embodiment, the contact pads 3 are at least partially on the substrate 2 or on the sensor unit 1. In a further embodiment, the contact pads 3 are part of the sensor unit 1. Above the sensor unit 1, a contacting board 5 is arranged, which via a conductor structure. 6 features. In one embodiment, the substrate 2 and the contacting board 5 have substantially the same dimensions. The conductor structure 6 is designed such that it is a mirror image of the arrangement of the contact pads 3, so that therefore each electrical connection point of the sensor element 1 is guided to the contact board 5. In the example shown, the contact pads 3 and the conductor structure 6 are connected to one another by means of solder connections 8 for the electrical contacting. Alternatively, a conductive adhesive may be used. For mechanical strength, a connection between the substrate 2 and the contact board 5 is preferably made at other locations. With corresponding plated-through holes 9 electrical connections between the conductor structure 6 on the underside of the contact board 5 and the two contacting units 7 shown here on the top of the contact board 5 are given. The entire top of the contact board 5 allows contacting of the measuring element with wires, strands or bands. Shown here are two connecting wires 7, which in turn are fastened by solder joints 8. The measuring device shown can be produced easily and automatically in large numbers and can subsequently become part of a field device of process and automation technology.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Tabelle 1Table 1

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Claims

Ansprüche claims 1. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sensoreinheit (1) vorgesehen ist, dass die Sensoreinheit (1) mit einer Unterseite auf einer Oberseite eines1. Device for determining and / or monitoring at least one process variable, characterized in that at least one sensor unit (1) is provided, that the sensor unit (1) with a bottom on an upper side of a Substrats (2) aufgebracht ist, dass die Sensoreinheit (1) zur elektrischen Kontaktierung mit mindestens einem Kontaktpad (3) verbunden ist, dass mindestens eine Kontaktplatine (5) vorgesehen ist, dass die Kontaktplatine (5) auf einer Unterseite mit einer Leiterstruktur (6) versehen ist, wobei die Leiterstruktur (6) korrespondierend zur Anordnung des KontaktpadsSubstrate (2) is applied, that the sensor unit (1) for electrical contacting with at least one contact pad (3) is connected, that at least one contact board (5) is provided, that the contact board (5) on a lower side with a conductor structure (6 ), wherein the conductor pattern (6) corresponding to the arrangement of the contact pad (3) ausgestaltet ist, dass die Leiterstruktur (6) und der Kontaktpad (3) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, und dass die Kontaktplatine (5) auf einer Oberseite mindestens eine(3) is configured such that the conductor structure (6) and the contact pad (3) are electrically conductively connected to each other, and that the contact board (5) on an upper side at least one Kontaktierungseinheit (7) aufweist, wobei die Kontaktierungseinheit (7) und die Leiterstruktur (6) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.Contacting unit (7), wherein the contacting unit (7) and the conductor structure (6) are electrically conductively connected to each other. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1) zwischen der Oberseite des Substrats (2) und der Unterseite der Kontaktplatine (5) angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the sensor unit (1) between the top of the substrate (2) and the underside of the contact board (5) is arranged. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) und die Kontaktplatine (5) im Wesentlichen aus dem gleichen Material bestehen.3. Device according to claim 1, characterized in that the substrate (2) and the contact plate (5) consist essentially of the same material. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur (6) der Kontaktplatine (5) spiegelbildlich zur Anordnung des Kontaktpads (3) ausgestaltet ist.4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the conductor structure (6) of the contact board (5) is designed in mirror image to the arrangement of the contact pad (3). 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kontaktierungseinheit (7) um einen Anschlussdraht oder um eine Anschlusslitze oder um ein Anschlussband handelt.5. Device according to claim 1, characterized in that the contacting unit (7) is a connecting wire or a pigtail or a connecting band. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Sensoreinheit (1) um einen Dünnschicht- oder Dickschichtsensor handelt.6. The device according to claim 1, characterized in that it is a thin-film or thick-film sensor in the sensor unit (1). 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Sensoreinheit (1) um einen Temperatursensor oder um einen kalorimetrischen Durchflusssensor handelt.7. Device according to claim 1 or 6, characterized in that the sensor unit (1) is a temperature sensor or a calorimetric flow sensor. 8. Verfahren zur Kontaktierung einer Sensoreinheit (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1) mit einer Unterseite auf einer Oberseite eines8. A method for contacting a sensor unit (1), characterized in that the sensor unit (1) with a bottom on an upper side of a Substrats (2) aufgebracht wird, dass die Sensoreinheit (1) zur elektrischen Kontaktierung mit mindestens einem Kontaktpad (3) verbunden wird, dass eine Kontaktplatine (5) auf einer Unterseite mit einer zur Anordnung desSubstrate (2) is applied, that the sensor unit (1) for making electrical contact with at least one contact pad (3) is connected, that a contact board (5) on a bottom with a to the arrangement of Kontaktpads korrespondierenden Leiterstruktur (6) versehen wird, und dass die Leiterstruktur (6) und der Kontaktpad (3) elektrisch leitend miteinander verbunden werden.Contact pads corresponding conductor pattern (6) is provided, and that the conductor pattern (6) and the contact pad (3) are electrically conductively connected to each other. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Oberseite der Kontaktplatine (5) mindestens eine Kontaktierungseinheit (7) aufgebracht wird.9. The method according to claim 8, characterized in that at least one contacting unit (7) is applied on an upper side of the contact plate (5). 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungseinheit (7) und die Leiterstruktur (6) elektrisch leitend miteinander verbunden werden.10. The method according to claim 9, characterized in that the contacting unit (7) and the conductor structure (6) are electrically conductively connected to each other. 11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur (6) der Kontaktplatine (5) spiegelbildlich zur Anordnung des Kontaktpads (3) ausgestaltet wird. 11. The method according to claim 8, characterized in that the conductor structure (6) of the contact board (5) is designed in mirror image to the arrangement of the contact pad (3).
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