CH714339B1 - Gassensor. - Google Patents

Abstract

Ein Gassensor enthält eine Trägerstruktur mit einer Kavität (6), einem Messelement (1), welches für ein Gas empfindlich ist und in der Kavität (6) angeordnet ist, und ein Filter (3), welches die Kavität (6) überspannt. Das Filter (3) ist ein grössenselektives Filter, das durchlässig ist für das und dem Messelement zu detektierende gas und nicht durchlässig für ein oder mehrere andere gase.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Gassensoren.

Hintergrund

[0002] Bekannte Gassensoren erkennen Gase basierend auf einer Vielzahl von Verfahren. Allerdings kann ein Messelement des Gassensors, welches Element verantwortlich zeichnet für die Umwandlung eines gasförmigen Bestandteils in ein repräsentatives elektrisches Signal, nachteilig beeinflusst werden durch die Einwirkung anderer Gas als Bestandteil des Mediums, das gemessen werden soll.

Darstellung der Erfindung

[0003] Deshalb liegt die allgemeine Aufgabe der Erfindung darin, einen Gassensor zu schaffen, der eine solche Einwirkung vermeidet.

[0004] Gemäss einer ersten Erscheinung der vorliegenden Erfindung wird ein Gassensor bereitgestellt, der eine Trägerstruktur mit einer Kavität aufweist. Ein Messelement ist in der Kavität angeordnet. Das Messelement ist zumindest empfindlich für das Gas, welches wunschgemäss gemessen oder erkannt werden soll. Ein Filter überspannt die Kavität. Das Filter ist ein grössenselektives Filter.

[0005] Die Trägerstruktur des Gassensors kann breit ausgelegt werden, sodass ein beliebiges Element zur Trägerstruktur beitragen kann, das die physische Erscheinung des Gassensors definiert oder mitdefiniert. Insbesondere kann die hierbei verwendete Trägerstruktur ein oder mehrere der folgenden Bauteile enthalten: Ein Die, ein Chip, ein Substrat, beispielsweise ein Glassubstrat oder ein Keramiksubstrat, und insbesondere ein Halbleitersubstrat enthaltend, falls benötigt, elektrische Anschlussmittel, beispielsweise ein oder mehrere Drahtverbindungen, Durchkontaktierungen (TSVs), etc. Die Trägerstruktur kann zusätzlich oder alternativ ein Leadframe oder einen gedruckten Schaltungsträger oder eine andere Art von Schaltungsträger aufweisen, auf dem der Die, der Chip oder das Substrat, etc. angeordnet ist, beispielsweise, um zu einem Ball Grid Array, einem Land Grid Array, etc. beizutragen. In einer Ausführungsform weist die Trägerstruktur ein Package auf, beispielsweise in Form einer Einkapselung, eines Vergusses, eines Siliziumdeckels, eines Silizium-Interposers, eines Metalldeckels, eines Kunststoffdeckels, etc., insbesondere zum Beisteuern zu einem Chip-Package.

[0006] Ein oder mehrere Elemente der Trägerstruktur können als mechanische Unterstützung des Messelements dienen. In einer Ausführungsform ist das Messelement auf einem Die oder Chip angeordnet oder darin integriert. Das gleiche Element oder andere Elemente der Trägerstruktur definieren vorzugsweise die Kavität. Die Kavität wird als Volumen angesehen, das in direktem Austausch steht mit dem Messelement. Das Volumen sollte mit einem gasförmigen Medium befüllt sein, wie etwa Luft. Die Anwesenheit und / oder die Konzentration eines gasförmiger Analyten im Medium, welcher Analyt auch als Gas bezeichnet wird, soll wunschgemäss erkannt werden. Insofern definieren zumindest Elemente der Trägerstruktur die Kavität, insbesondere zusammen mit dem Filter.

[0007] In einer Ausführungsform weist die Trägerstruktur einen Halbleiterchip auf, der das Messelement trägt, sowie eine Einkapselung, die den Halbleiterchip zumindest teilweise einkapselt. Vorzugsweise kann die Einkapselung als Verguss ausgebildet sein, der auf Teile des Halbleiterchips geformt ist und dabei eine Vertiefung im Verguss definiert, die Zugang zu dem auf oder in dem Halbleiterchip angeordneten Messelement gewährleistet. Deshalb kann die Einkapselung zusammen mit dem Halbleiterchip und mit dem Filter die Kavität definieren. In dieser Ausführungsform kann die Oberfläche der Einkapselung, von der aus sich die Zugangsöffnung zum Messelement erstreckt, bedeckt sein durch das Filter, sodass das Filter die Zugangsöffnung überspannt und die Kavität definiert als Volumen zwischen dem Filter als Abdeckung, der Einkapselung als Seitenwände und dem Halbleiterchip als Boden der Kavität. Das Messelement ist zumindest der Kavität ausgesetzt, sodass das Messelement Zugang zum gasförmigen Medium in der Kavität hat.

[0008] In einer anderen Weiterbildung enthält die Trägerstruktur einen Schaltungsträger, wie etwa einen gedruckten Schaltungsträger, auf dem der Halbleiterchip mit dem Messelement angeordnet und mit dem er bevorzugt elektrisch verbunden ist durch Oberflächenmontage. Ein Deckel, bevorzugt hergestellt aus Metall, ist vorzugsweise abdichtend am gedruckten Schaltungsträger befestigt oder anderweitig angeordnet, um zusammen mit dem gedruckten Schaltungsträger den Halbleiterchip zu umschliessen wodurch die Kavität definiert wird, in der der Halbleiterchip angeordnet ist.

[0009] Damit das gasförmige Medium mittels des Messelements erforscht werden kann, muss das Medium durch das Filter, das die Kavität abdeckt, in die Kavität eindringen. Vorzugsweise ist eine Öffnung in der Trägerstruktur vollständig durch das Filter überspannt, um die Kavität zu definieren, und um beliebigen Gasmolekülen den Zutritt zur Kavität zu verweigern, die das Filter nicht passiert haben.

[0010] Das Messelement ist empfindlich auf ein oder mehrere Gase, das / die wunschgemäss mit dem Gassensor erkannt werden soll/en, und die bevorzugt im gasförmigen Medium erkannt werden, welches durch das Filter in die Kavität einströmt. Deshalb ist das Messelement vorzugsweise empfindlich für die Anwesenheit oder Konzentration von ein oder mehreren Gasen. Das Messelement kann in einer Ausführung ein katalytisches Gasmesselement sein, oder ein Pellistor, der die Anwesenheit von Verbrennungsgasen erkennt. Bei Pellistoren liefert ein Detektorelement einen elektrischen Widerstandsmesswert abhängig von der Anwesenheit eines Verbrennungsgases. Insbesondere ändert sich der Widerstand des Detektorelements durch Änderungen in der Temperatur hervorgerufen durch die katalytische Oxidation des Verbrennungsgases, sofern vorhanden. Um die Verbrennung des Gases zu erleichtern, werden die Sensoren bei erhöhten Temperaturen betrieben, also bei Temperaturen typischerweise grosser als 300° C, beispielsweise zwischen 450° C und 750° C. In einer anderen Ausführungsform ist das Messelement eine elektrochemische Zelle.

[0011] In einer weiteren Ausführung enthält das Messelement einen Chemo-Resistor, das ist ein Material, dessen elektrischer Widerstand sich als Reaktion auf Änderungen in der direkten chemischen Umgebung ändert. Chemo-Resistoren werden manchmal auch darin definiert, dass die auf der direkten chemischen Wechselwirkung zwischen dem Messmaterial und dem Gas beruhen. Allgemeingültigere Definitionen von Chemo-Resistoren umfassen allerdings Materialien, für die sich der elektrische Widerstand ändert als Reaktion auf irgendwelche Wechselwirkungen (chemisch, Wasserstoffbindungen, van der Waals, etc.) in ihrer direkten Umgebung.

[0012] In jedem Fall kann das Material des Messelements ein Metalloxidmaterial (MOX) umfassen, welches beispielsweise ein oder mehrere der folgenden Materialien enthalten kann: Zinnoxid, Zinkoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Indiumoxid und Galliumoxid. Metalloxide können für die Erkennung von Analyten verwendet werden wie etwa von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), Kohlenmonoxid, Stickstoffdioxid, Methan, Ammoniak, Wasserstoff oder Schwefelwasserstoff. In einer bevorzugten Weiterbildung enthält das Messelement SnO2, dotiert mit 0.01 - 5.0 Wt% Platin und / oder Palladium.

[0013] In Metalloxid-Gassensoren wechselwirken gasförmige Analyten mit dem vorzugsweise erhitzten Metalloxid-Messelement. Als ein Ergebnis dieser Wechselwirkung kann sich eine Leitfähigkeit des Messelements ändern. Die Änderung kann gemessen werden. Solche Gassensoren werden auch als „Hochtemperatur-Chemo-Resistoren“ bezeichnet, da eine chemische Eigenschaft des Analyten bei hohen Temperaturen des Messelements umgewandelt wird in einen elektrischen Widerstandswert. Das Material eines solchen Messelements mag während des Betriebs zu heizen sein. Im Falle eines Messelements, das in oder auf ein Halbleitersubstrat integriert ist, ist ein Heizer bevorzugt auf einer Membran über einer Öffnung im Halbleitersubstrat angeordnet. Hierdurch wird der thermische Verlust verringert im Vergleich zu Anordnungen, bei denen der Heizer über dem Hauptteil des Substratmaterials angeordnet ist. Das Anordnen des Heizers auf einer Membran hat einige Vorteile: So wird der Energieverbrauch gesenkt, und die Zeit zum Anschalten der Anordnung wird reduziert.

[0014] Das Filter, das den Zutritt zur Kavität und folglich zum Messelement gewährt oder verweigert, ist ein grössenselektives Filter. Deshalb vollzieht das Filter eine Trennung zwischen Gasmolekülen, die das Filter passieren dürfen, und Gasmolekülen, die vom Passieren des Filters ausgeschlossen werden, abhängig von der Grösse der Gasmoleküle. Das Filter ist bevorzugt aus einem inerten Material hergestellt, das ist ein Material das nicht oder nicht wesentlich reaktionsfreudig ist. Deshalb reagieren Gasmoleküle nicht mit dem Filtermaterial, unabhängig davon ob sie das Filter passieren oder nicht, sondern werden blockiert aufgrund ihrer Grösse. Dies hat den Vorteil, dass das Filtermaterial nicht über die Zeit hinweg degradiert im Vergleich zu Filtermaterialien, die mit unerwünschten Gasmolekülen chemisch reagieren.

[0015] Deshalb erfolgt die Selektion zwischen Gasen, die das Filter passieren und Gasen, die durch das Filter blockiert werden, anhand der Grösse der betreffenden Gasmoleküle. Das grössenselektive Filter filtert abhängig von der Molekülgrösse des Gases, das auf das grössenselektive Filter trifft. Bevorzugt ist der grössenselektive Effekt des Filters bestimmt durch eine Grösse der Poren im Filtermaterial. Insbesondere ist die Grösse der Poren im Filtermaterial abhängig von der Grösse der zu detektierenden Gasmoleküle dimensioniert, welche demnach wunschgemäss das Filter passieren sollen. Insbesondere ist die Grösse einer Mehrheit der Poren im Filtermaterial dimensioniert, um die ein / die Molekül/e des zu erkennenden Gases passieren zu lassen, und dimensioniert, um ein / die Moleküle ein oder mehrerer anderer Gase zu blockieren, welche nicht die Kavität erreichen sollen. Bevorzugt ist die Grösse einer Mehrheit der Poren im Filtermaterial grösser als die Molekülgrösse des zu erkennenden Gases dimensioniert, und ist kleiner als die Molekülgrösse eines Gases dimensioniert, welchem der Zutritt durch das Filter versperrt werden soll. Bevorzugt ist das Filtermaterial für eben diesen Filtereffekt ausgewählt und / oder gestaltet.

[0016] Deshalb ist das Filter durchlässig für Gas, das von dem Messelement erkannt werden soll, und undurchlässig für ein oder mehrere andere Gase. Solche anderen Gase können insbesondere Siloxan und Varianten davon umfassen, die gut mit dem Material des Messelements reagieren und seine Messeigenschaften mit der Zeit verschlechtern. Deshalb wirkt das grössenselektive Filter dem Zugang von ein oder mehreren Arten von atmosphärischen Gasen zum Messelement, bevorzugt aus MOX, entgegen, wohingegen andere Arten von Gasmolekülen durch das Filter diffundieren und das Messelement erreichen. Deshalb ermöglicht das Filter, dem Zugang von schädlichen oder giftigen Arten zum Messelement entgegen zu wirken, welche Eigenschaft durch Grössenausschluss erzielt wird.

[0017] In einer sehr bevorzugten Ausführungsform ist die Grösse einer Mehrheit der Poren im Filtermaterial 1nm oder kleiner. Diese Dimension ist insbesondere bevorzugt für das Aufnehmen von einem oder mehreren der folgenden Gase: CO, Ethanol, H2, H2S. Dabei sind die Gasmoleküle des Gases von Interesse ausreichend klein, um das Filter zu passieren, wohingegen viele Arten von Siloxanmolekülen in ihrer Grösse zu gross sind und deshalb durch das Filter blockiert werden.

[0018] Betreffend die Dimensionierung der Porengrösse ist es bevorzugt, dass all Poren des betreffenden Materials die Grössenerfordernissc erfüllen. Allerdings mögen aufgrund des Herstellungsprozesses nicht alle sondern eine geringere Anzahl von Poren die Grössenerfordernisse erfüllen, bevorzugt mehr als 99%. Schlechtestenfalls erfüllt vorzugsweise eine Mehrzahl der Poren im Filtermaterial die Grössenerfordernisse, sodass zumindest eine bessere Selektion erreicht werden kann als mit herkömmlichen Vorgehensweisen.

[0019] In einer bevorzugten Weiterbildung ist die durchschnittliche Dicke des Filters geringer als 20 µm, und weiter bevorzugt zwischen 0.5 µm und 5 µm. Das Filter kann auch als Filterschicht angesehen werden, die die Zugangsöffnung in der Trägerstruktur überspannt. Die Dicke der Filterschicht muss nicht notwendigerweise ihre filternde Eigenschaft beeinträchtigen. Je dicker die Filterschicht jedoch ist, desto länger können Gasmoleküle benötigen, die Filterschicht zu passieren und das Messelement zu erreichen. Insofern kann eine dicke Filterschicht eine Reaktionszeit des betreffenden Gassensors erhöhen. Deshalb wird die Filterschicht eher dünn ausgelegt, beispielsweise in den oben genannten Bereichen, um nicht nur die grössenselektive Trennung von Gasmolekülen durch das Filter zu gewährleisten, sondern um auch eine schnelle Reaktionszeit des Filters zu gewährleisten. Das Filter kann als Einschichtfilter oder als geschichteter Mehrschichtfilter ausgelegt sein.

[0020] Angesichts der möglicherweise sehr geringen Dicke des Filters kann das Filter vorzugsweise an einem Träger befestigt sein, sodass eine Kombination aus Träger und Filter die Kavität überspannen. Vorzugsweise ist das Filter am Träger mittels Beschichten oder Solution Casting befestigt, oder umgekehrt. Bevorzugt ist das Filter laminar am Träger angebracht, oder umgekehrt. In einer vorteilhaften Weiterbildung überspannt die Kombination aus dem Filter und dem Träger die Zugangsöffnung in einer gemeinsamen Ebene. Sie sind zudem aneinander befestigt. In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen das Filter und der Träger eine gleiche flächige Ausdehnung auf. Der Träger kann entweder das Filter tragen, oder kann zumindest die mechanische Stabilität des Filters unterstützen. Er mag auch der Rissbildung im Filter vorbeugen.

[0021] Vorzugsweise ist die durchschnittliche Dicke des Trägers geringer als 1 mm, um die mechanische Stabilität während der Herstellung und / oder später während des Betriebs zu gewährleisten, und bevorzugt zwischen 1 µm und 500 µm. Vorteilhafterweise sind der Träger und der Filter aneinander befestigt, bevor die Kombination aus beiden an der Trägerstruktur angebracht wird.

[0022] Der Träger weist bevorzugt eine grössenselektive Filtereigenschaft auf, welche höchstens denselben Filtereffekt bereitstellt wie das Filter, um keine Gasmoleküle vom Eintritt in die Kavität zu blockieren, welche wunschgemäss detektiert werden sollen. Deshalb übersteigt vorzugsweise eine Grösse der Mehrzahl der Poren im Trägermaterial die Grösse der Mehrzahl der Poren im Filter, und übersteigt insbesondere die Grösse der Mehrzahl der Poren im Filter um einen Faktor von mindestens 40. Durch eine solche Dimensionierung wird gewährleistet, dass die zu detektierenden Gasmoleküle die Kombination passieren und in die Kavität gelangen, wohingegen Gasmoleküle mit grösserer Dimension zumindest durch das Filter blockiert werden, selbst wenn sie den Träger passiert haben sollten. Bevorzugt ist die Grösse der Mehrzahl der Poren im Trägermaterial 20 nm oder mehr, und insbesondere zwischen 50 nm und 200 nm. Vorzugsweise sind mehr als 99% der Poren im Träger derart dimensioniert.

[0023] In einer anderen Weiterbildung ist der Träger durchlässig für alle Gasmoleküle, sodass nur das Filter für die grössenselektive Trennung zwischen unterschiedlich grossen Gasmolekülen verantwortlich ist.

[0024] Vorzugsweise ist die Kombination aus dem Filter und dem Träger mittels eines Klebemittels an der Trägerstruktur angebracht. Das Material des Klebmittels kann Polymere oder gefüllte Polymere enthalten. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Kombination so an der Trägerstruktur angebracht, dass das Filter der Kavität zugewandt ist, wohingegen der Träger der Umgebung des Gassensors zugewandt ist. Dabei ist das Filter bevorzugt an einer Oberfläche der Trägerstruktur mittels des Klebemittels angebracht. Hierbei könnte die Kavität theoretisch durch das Filter, das Klebemittel oder die Trägerstruktur mit der Umgebung interagieren. In der Annahme, dass die Trägerstruktur nicht gasdurchlässig ist, und um zu vermeiden, dass das Gas durch das Klebemittel hindurchtritt, ist das Klebemittel vorzugsweise gasdicht ausgebildet oder weist zumindest die gleiche grössenselektive Filtereigenschaft wie das Filter auf. Sollte das Klebemittel gasdicht ausgebildet sein, so können Gasmoleküle der erwünschten Grösse nur durch das Filter in die Kavität gelangen.

[0025] In einer anderen Weiterbildung ist der Träger der Kavität zugewandt wohingegen das Filter der Umgebung des Gassensors zugewandt ist. Abermals könnten Gasmoleküle noch durch die Stirnseiten des Trägers hindurchtreten, vorausgesetzt das Filter ist an einer Oberfläche der Trägerstruktur mittels eines Klebemittels angebracht, selbst wenn der Träger das Filter vollständig überdecken würde. In dieser Ausführung ist vorzugsweise die Stirnseite des Trägers, oder im Allgemeinen eine beliebige, nicht durch das Filtermaterial bedeckte Fläche des Trägers mit dem Klebemittel als gasdichtes oder ausreichend gasabweisendes Material bedeckt.

[0026] Vorzugsweise enthält das Filtermaterial ein Fluorpolymer, oder besteht daraus. Vorzugsweise ist das Fluorpolymer ein nichtkristallines Fluorpolymer mit einem freien Anteil pro Volumen von zumindest 19%, und bevorzugt mit einem freien Anteil pro Volumen zwischen 20% und 40%. Beispielsweise können nichtkristalline Fluorpolymere wie Hyflon AD 80 oder Hyflon AD 60 verwendet werden, oder die nichtkristallinen Fluorkunststoffe Teflon AF, oder beispielsweise Teflon AF 1600 oder Teflon AF 2400, oder ein TTD Homopolymer, oder ein Cytop Homopolymer.

[0027] Der freie Volumenanteil FFV ist definiert durch FFV = (1-Vc/V) * 100% wobei V das gesamte Volumen angibt und Vc den durch das Polymer im gesamten Volumen V beanspruchten Anteil. Deshalb ist das FFV ein Mass für die Verdichtung des Polymers, das ist seine Dichte.

[0028] In der Ausführung mit einem Homopolymer als Filtermaterial weist das Filtermaterial Perfluor-butenylvinylether auf. In einer anderen Ausführung mit einem Homopolymer als Filtermaterial weist das Filtermaterial 2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol auf.

[0029] In einer Ausführung mit einem Copolymer als Filtermaterial enthält eine erste Komponente des Filtermaterials 2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol wohingegen eine zweite Komponente des Filtermaterials Tetrafluorethylen enthält. In einer solchen Ausführung ist es bevorzugt, dass die erste Komponente einen Molanteil zwischen 20% und 99% aufweist, und die zweite Komponente einen Molanteil zwischen 1% und 80%. Insbesondere weisen das 2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol einen Molanteil von 80%, und das Tetrafluorethylen einen Molanteil von 20% auf. In einer anderen Weiterbildung dagegen weisen das 2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol einen Molanteil von 60%, und das Tetrafluorethylen einen Molanteil von 40% auf.

[0030] In einer alternativen Weiterbildung enthält das Filtermaterial 2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluor-1,3-Dioxol als Homopolymer. In einer anderen Weiterbildung weist das Filtermaterial ein Copolymer auf, wobei eine erste Komponente des Filtermaterials 2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluoro-1,3-Dioxol enthält. Vorzugsweise enthält eine zweite Komponente des Filtermaterials Tetrafluorethylene. In diesen Ausführungen weist die erste Komponente bevorzugt einen Molanteil zwischen 20% und 99% auf, und die zweite Komponente einen Molanteil zwischen 1% und 80%. In einer besonderen Weiterbildung weist das 2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluor-1,3-Dioxol einen Molanteil von 87% auf, und das Tetrafluorethylen einen Molanteil von 13%. In einer anderen besonderen Weiterbildung weist das 2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluoro-1,3-Dioxol einen Molanteil von 65%, und das Tetrafluorethylen einen Molanteil von 35% auf.

[0031] Das Trägermaterial, falls vorhanden, weist ebenfalls bevorzugt ein Fluorpolymer auf oder besteht daraus. Dies ist vorteilhaft, da die beiden Schichten des Fluorpolymers, das ist das Filter und der Träger, leicht aneinander angebracht werden können.

[0032] Das Trägermaterial enthält bevorzugt Polytetrafluorethylen PTFE oder Polyethylentetrafluorethylen ETFE hergestellt als Bulk, gewebte oder nicht gewebte Materialien mit den oben spezifizierten Porengrössen.

[0033] Sollten das Filter und der Träger beides Fluorpolymere sein, erweist sich nicht nur das Anhaften zwischen dem Filter und dem Träger anderen Materialkombinationen gegenüber überlegen; auch eine thermisch induzierte Ausdehnung des Materials ist einheitlich bei Materialien aus denselben Materialklassen.

[0034] In einer bevorzugten Ausführungsform sind Elektroden elektrisch an das Messelement angebunden, und ein Heizer ist thermisch an das Messelement angebunden. Das ist insbesondere dann von Vorteil für den Fall, dass das Messelement vor und / oder während des Messens geheizt werden muss, beispielsweise wenn das Messelement Metalloxidmaterial enthält. Ein Abstand zwischen dem Messelement und der Kombination aus Filter und Träger ist vorzugsweise mindestens 100 µm. Deshalb ist das Filter nicht in direktem Kontakt mit dem Messelement, so dass ein direkter Wärmefluss von dem Messelement zum Filter minimiert wird. Ein indirekter Wärmefluss über die Trägerstruktur oder das gasförmige Medium in der Kavität erlaubt dem Filter nicht, sich während des Betriebs des Heizers, also während des Messbetriebs, auf Temperaturen aufzuheizen, die eine kritische Temperatur überschreiten wie die Glasumwandlungstemperatur des Filtermaterials. Deshalb ist ein beliebiger, und im Speziellen dieser Abstand bevorzugt, sodass das Filter nicht während des Betriebs des Heizers, d.h. wahrend des Messbetriebs, schmilzt oder anderweitig beeinträchtigt wird. Andererseits können die Glasübergangstemperaturen des Filters und / oder des Trägers beispielsweise während des Reflow-Lötens des Gassensors überschritten werden, was allerdings nicht schadet, da zu diesem Zeitpunkt der Gassensor nicht betrieben wird und eine zeitweilige Änderung im spezifischen Volumen des Polymermaterials akzeptiert werden kann.

[0035] Dank der Trennung, dem Abstand oder dem Spalt zum Filter kann das Messelement bei erhöhten Temperaturen betrieben werden, beispielsweise bei mehr als 350° C oder sogar 400° C, ohne dabei das Filter zu beschädigen.

[0036] In einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist eine Oberfläche der Trägerstruktur vollständig bedeckt durch das Filter oder die Kombination, und überspannt dadurch die Kavität. Dies ist bei der Batch-Herstellung von mehreren Gassensoren gemeinsam bevorzugt, da das Filter oder der Träger gemeinsam auf mehrere Gassensoren angewendet werden, ohne dass zuvor das Filter oder der Träger auf die individuelle Gassensorgrösse zugeschnitten werden müssen. Allerdings muss zum Trennen der Gassensoren voneinander etwa durch Schneiden ein Schneidwerkzeug wie etwa eine Säge auf der Oberfläche der noch miteinander verbundenen Gassensoren ansetzen. Diese Oberfläche wird durch das Filter oder durch den Träger gebildet. Falls das Filter und / oder der Träger ein Fluorpolymer aufweist, kann deshalb das Aufsetzen dieses Schneidwerkzeugs nicht leicht erfolgen aufgrund der glatten Oberfläche von Fluorpolymeren. Um eine solche Schneidoperation zu erleichtern, sind vorzugsweise obere Elemente auf der Oberfläche des Gassensors angeordnet, das heisst an Positionen auf dem Filter oder auf dem Träger, an denen das Schneidwerkzeug ansetzen und / oder schneiden wird. Solche oberen Elemente weisen vorzugsweise eine Oberflächenrauigkeit auf, die die Oberflächenrauigkeit des Filters oder des Trägers übersteigt. Das Schneidwerkzeug kann dann auf einem oder mehreren dieser oberen Elemente ansetzen und seine Position beibehalten. Nach dem Schneiden können Überbleibsel der oberen Elemente an den Kanten des Filters oder Trägers aufgefunden werden. Ein oberes Element kann beispielsweise aus einem oder mehreren der nachfolgenden Materialien hergestellt sein: Polymer, gefüllter Polymer, Vergussmaterial, Silizium, Glas oder Metall.

[0037] In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält der Halbleiterchip nicht nur das Messelement darauf oder integriert darin, sondern zudem eine integrierte CMOS-Schaltung, beispielsweise zum Steuern des Aufnehmens von Messwerten, einschliesslich des Heizens eines zugehörigen Heizers, und / oder des Auswertens von von den Elektroden bereitgestellten Signalen.

[0038] Gemäss einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist das Messelement als „Multipixel“ Widerstandsmetalloxidgassensor ausgebildet zum gelichzeitigen Aufnehmen verschiedener Arten von Gasmolekülen. Uns zwar weist ein solches Messelement vorzugsweise mehrere Flecken Messmaterial auf, wobei jeder der Flecken vorzugsweise ein Metalloxidmaterial enthält und auf der Trägerstruktur angeordnet oder von dieser teilweise umgeben ist. Zusätzlich wird ein Satz Elektroden bereitgestellt, wobei ein jeder der Flecken elektrisch mit einer Untermenge der Elektroden verbunden ist. Ein oder mehrere Heizer sind thermisch verbunden mit den Flecken des Messmaterials. Letztendlich erthält dieser Gassensor vorzugsweise ein gemeinsames grössenselektives Filter, das die für alle Flecken des Messmaterials gemeinsame Kavität überspannt.

[0039] In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Messelement ausgebildet zum Erkennen eines der Gase CO, Ethanol, H2, H2S, sodass der Gassensor ein Sensor ist zum Erkennen einer oder mehrerer dieser Gase.

[0040] Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise als elektronisches Gerät ausgebildet sein, insbesondere als Haustechnikgerät, als elektronisches Konsumgütergerät, als Mobiltelefon, als Tabletcomputer oder als Uhr, enthaltend irgendeinen der oben erwähnten resistiven Metalloxid-Gassensoren.

[0041] Die vorliegenden Ansätze verhindern ein Degradieren des Gassensors, und insbesondere seines Messelements, durch schädliche Gase. Beispielsweise können Siloxan oder allgemeiner flüchtige Si-Stoffe Messelemente und insbesondere Metalloxid-Messelemente schädigen, wodurch sich üblicherweise die Reaktionszeit des Messelements erhöht und das Sensorsignal verringert. Eine Beaufschlagung mit einem solchen schädigenden Gas wird vorzugsweise verhindert oder zumindest abgeschwächt durch das Vorsehen eines Filters, das vom Messelement beanstandet ist. Das Filter dient als physisches Trennelement für Gasmoleküle unterschiedlicher Grösse. Es wurde festgestellt, dass insbesondere ein Fluorpolymerfilter Poren der gewünschten Grösse zum Durchlassen von Gasmolekülen von geringerer Grösse bereitstellt, während verschiedene Siloxan-Gasmoleküle blockiert werden, deren Grösse die Grösse der typischerweise zu messenden Gasmoleküle übersteigt. Das fluorierte Filter schützt das Messelement gegen aggressive Chemikalien wie etwa Säuren oder Basen, und verhindert zudem infolge seines Designs das Ansammeln von Feststoffen und Flüssigkeiten an der Oberfläche des Messelements.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0042] Zum besseren Verständnis von Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung verwiesen. Diese Beschreibung bezieht sich auf die beigelegten Zeichnungen, wobei: <tb><SEP>Figuren 1 bis 9 jeweils eine schematische Schnittansicht eines Gassensors gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen; <tb><SEP>Figur 10 einen schematischen Schnitt einer Gassensorstruktur zeigt, die zu einem Gassensor nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beiträgt.

Weg(e) zur Ausführung der Erfindung

[0043] Vor der Darstellung von Ausführungsformen des Gassensors wird die Aufmerksamkeit gerichtet auf die Materialien, die in oder als Filter und Träger, falls vorhanden, verwendet werden.

[0044] Vorzugsweise ist das Filter aus einem Fluorpolymer hergestellt, und besteht vorzugsweise aus einem Fluorpolymer. Ein Fluorpolymer ist ein Fluorkohlenstoff-basiertes Polymer, das eine Vielzahl von Kohlenstoff-Fluor-Bindungen aufweist. Es ist typischerweise hochbeständig gegenüber Lösungsmitteln, Säuren und Basen, sodass es in vorteilhafter Weise für den vorliegenden Zweck eingesetzt werden kann.

[0045] Bevorzugt wird für das Filter ein dem amorphen Teflon AF gleiches oder ähnliches Material verwendet gemäss Reihe 4 der nachfolgenden Tabelle I, welche in jeder Reihe bevorzugte Zusammensetzungen für das Filtermaterial enthält. Reihe Nr. 4 bezeichnet dabei einen Sammelbegriff, unter den die anderen einzelnen Materialzusammensetzungen gemäss den bevorzugten Ausführungsformen in den Reihen 1 bis 3 subsumiert werden können. Deshalb kann das Filter-Fluorpolymer in einer Ausführung ein Homopolymer sein, siehe Reihe Nr. 3, wohingegen es in anderen Ausführungsformen ein Copolymer ist, siehe Reihe Nr. 1 und Reihe Nr. 2. <tb>1<SEP>Teflon AF 2400<SEP>2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluor-1,3-Dioxol<SEP>Tetrafluorethylen <tb>2<SEP>Teflon AF 1600<SEP>2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluor-1,3-Dioxol<SEP>Tetrafluorethylen <tb>3<SEP>PDD Homopolymer<SEP>2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluor-1,3-Dioxol<SEP>n/a <tb>4<SEP>Teflon AF ähnlich<SEP>2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluor-1,3-Dioxol<SEP>Tetrafluorethylen

Tabelle I

[0046] In der nachfolgenden Tabelle II sind Eigenschaften der jeweiligen Materialzusammensetzungen der obigen Reihen Nr. 1 bis 4 dargestellt, wobei <tb>–<SEP>Komp 1, mol% den Molanteil der Komponente 1 angibt; <tb>–<SEP>Komp 2, mol% den Molanteil der Komponente 2 angibt; <tb>–<SEP>FFV den freien Anteil pro Volumen angibt; <tb>–<SEP>Tg °C die Glasübergangstemperatur des resultierenden Materials in °Celsius angibt; und <tb>–<SEP>Tmax eine Maximaltemperatur angibt, bei der Polymere keine nennenswerte Degeneration zeigen (also thermisch stabil sind), in °Celsius. <tb>1<SEP>Teflon AF 2400<SEP>87<SEP>13<SEP>33<SEP>240<SEP>360 <tb>2<SEP>Teflon AF 1600<SEP>65<SEP>35<SEP>30<SEP>160<SEP>360 <tb>3<SEP>PDD Homopolymer<SEP>100<SEP>0<SEP>>33<SEP>335<SEP>360 <tb>4<SEP>Teflon AF ähnlich<SEP>100-20<SEP>0-80<SEP><SEP>80-250<SEP>360

Tabelle II

[0047] Alternativ kann für das Filter auch ein Material gemäss einer der Reihen 5 bis 9 der nachfolgenden Tabelle III verwendet werden. Reihe Nr. 8 bezeichnet dabei einen Sammelbegriff, unter den sich die anderen einzelnen Materialzusammensetzungen gemäss der bevorzugten Ausführungen in der Reihe Nr. 5 bis Reihe Nr. 7 subsumieren lassen. Deshalb kann das Filterfluorpolymer in einer Ausführungsvariante ein Homopolymer sein, siehe Reihe Nr. 7, wohingegen es in anderen Ausführungsvarianten ein Copolymer ist, siehe Reihe Nr. 5 und Reihe Nr. 6. Reihe Nr. 9 nennet ein weiteres Homopolymer, das bevorzugt als Filtermaterial verwendet werden kann. <tb>5<SEP>Hyflon AD 80<SEP>2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol<SEP>Tetrafluorethylen <tb>6<SEP>Hyflon AD 60<SEP>2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol<SEP>Tetrafluorethylen <tb>7<SEP>TTD Homopolymer<SEP>2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol<SEP>n/a <tb>8<SEP>Hyflon AD alike<SEP>2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol<SEP>Tetrafluorethylen <tb>9<SEP>Cytop (Homopolymer)<SEP>Perfluor-Butenylvinylether<SEP>n/a

Tabelle III

[0048] In der nachfolgenden Tabelle IV sind Eigenschaften der einzelnen Materialzusammensetzungen der obigen Reihen Nr. 5 bis 9 gezeigt, mit der Legende wie zu Tabelle II. <tb>5<SEP>Hyflon AD 80<SEP>80<SEP>20<SEP>23<SEP>135<SEP>ca. 400C <tb>6<SEP>Hyflon AD 60<SEP>60<SEP>40<SEP>23<SEP>129<SEP>ca. 400C <tb>7<SEP>TTD Homopolymer<SEP>100<SEP>0<SEP><SEP>170<SEP>ca. 400C <tb>8<SEP>Hyflon AD alike<SEP>100-20<SEP>0-80<SEP><SEP>170<SEP>ca.400C <tb>9<SEP>Cytop (Homopolymer)<SEP>100<SEP>0<SEP>21<SEP>108<SEP>400

Table IV

[0049] Der Träger, sofern vorhanden, ist vorzugsweise aus einem Fluorpolymer hergestellt, und besteht vorzugsweise aus einem Fluorpolymer, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyethylentetrafluorethylen (ETFE) hergestellt als Bulk, gewebte oder nicht gewebte Materiellen mit der Porengrösse wie oben festgelegt.

[0050] Das Messelement ist bevorzugt ein Flecken Messmaterial. In Weiterbildungen kann das vorliegende Messlement als Chemo-Resistor betrieben werden. Dabei ändert das Metalloxidmaterial, aus dem das Messelement hergestellt ist, seinen elektrischen Widerstand als Antwort auf das Hindurchtreten von Gasmolekülen durch das Filter, welches zu chemischen Wechselwirkungen zwischen dem Material des Messelements und dem Gas / den Analyten führt. In weiteren Weiterbildungen kann man auf die kalorimetrische Bestimmung des Gases / des Analyten vertrauen. In anderen Weiterbildungen wiederum kann der Flecken Messmaterial zu zwei Zwecken verwendet werden, nämlich: (i) als Chemo-Resistor, der seine elektrische Leitfähigkeit bei dem Vorhandensein des Analyten ändert; und (ii) als ein Katalyst in einer kalorimetrischen Bestimmung des Analyten.

[0051] In einem Ausführungsbeispiel enthält letzterer ein Metalloxidmaterial, oder MOX. Neben den oben genannten Beispielen umfassen bevorzugte MOX Materialien SnO2und / oder WO3, und enthalten auch bevorzugt Dotiermittel. Letztere umfassen ein oder mehrere Elemente aus der folgenden Liste: Pd, Pt, Rh, Ir, Re, V, Ni, Au, und Co. Der Flecken kann auf der Trägerstruktur angeordnet sein. Er mag sich beispielsweise auf einer exponierten Oberfläche der Trägerstruktur ausbreiten, wie etwa auf einem Halbleitersubstrat, beispielsweise flach überzogen auf dessen oberer Oberfläche, oder sich ausbreitend auf Sub-Strukturen davon, wie etwa auf Elektroden. In dem Gassensor können Elektroden angeordnet sein, die elektrisch verbunden sind mit dem Flecken aus Messmaterial. Sie können aus einer Platin- oder Goldschicht geformt sein, welche Metalle gut geeignet zum Bilden von haltbaren Elektroden sind. Elektroden können beispielsweise in einer verschränkten Konfiguration angeordnet sein. Deshalb kann der Flecken in einer Ausführungsform eine beispielsweise konvexe Form aufweisen, die sich in eine Region erstreckt, welche die verschränkten Finger der Elektroden überspannt oder bedeckt.

[0052] In einem Ausführungsbeispiel ist ein Heizer thermisch mit dem Flecken verbunden, um das Messmaterial auf der erforderlichen Temperatur zu betreiben. Der Heizer kann ein Widerstandsheizelement sein. Beispielsweise kann man einen Heizer aus Wolfram verwenden, das bedeutet ein Heizer enthaltend mindestens 50%, und bevorzugt mindestens 90% Wolfram, um bestmöglich hohe Temperaturen auszuhalten. Mehrere Heizer können vorgesehen werden, um eine Platte, beispielsweise eine Membran oder eine Brücke zu heizen, auf der der Flecken angeordnet ist. In Varianten kann der Heizer als Hotplate ausgebildet sein, die Widerstands-beheizt wird, ohne dass zusätzliche Widerstandselemente benötigt werden. Der Heizer kann zum Heizen des Fleckens verwendet werden und, sofern erforderlich, zur weiteren Steuerung seiner Temperatur. Der Halbleiterchip des Gassensors enthält vorzugsweise eine darauf integrierte Schaltung zum Erwärmen des Heizers und zum Durchführen von Widerstandsmessungen, das heisst, zum Messen einer elektrischen Leitfähigkeit und / oder eines elektrischen Widerstand des Fleckens.

[0053] Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

[0054] Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Gassensors gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Gassensor weist ein Messelement 1 auf, das auf einer Trägerstruktur angeordnet oder darin integriert ist. In dieser Ausführungsform weist die Trägerstruktur einen Halbleiterchip 2 auf, beispielsweise ein Siliziumsubstrat, sowie ein Klebemittel 5, das in der vorliegenden Ausführungsform ausreichend dick ist, um zusammen mit einem Filter 3 und einem Träger 4 für das Filter 3 eine Kavität 6 zu bilden.

[0055] Das zu messende Gas kann in die Kavität 6 gelangen und dabei durch den Träger 4 und das Filter 3 hindurch das Messelement 1 erreichen. Die Kombination aus Filter 3 und Träger 4 ist mittels des Klebemittels 5 auf dem Halbleitersubstrat 2 angebracht, sodass das Filter 3 der Kavität 6 zugewandt ist, und der Träger 4 der Umgebung des Gassensors zugewandt ist.

[0056] Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Gassensors gemäss der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform weist das Halbleitersubstrat 2, das auch ein beliebiger anderer Träger sein kann, eine Vertiefung 21 auf, die zur Kavität 6 beiträgt, und in welcher Vertiefung 21 das Messelement 1 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform trägt nicht nur die Dicke des Klebemittels 5 zu einem ausreichenden Abstand d zwischen dem Messelement 1 und dem Filter 3 oder beziehungsweise dem Träger 4 bei. Der vertiefte Teil des Halbleitersubstrats 2 trägt zu diesem Abstand d bei.

[0057] Figur 3 zeigt eine weitere Weiterbildung eines Gassensors gemäss der vorliegenden Erfindung. In dieser Weiterbildung weist die Trägerstruktur des Gassensors ein Halbleitersubstrat 2 auf sowie einen Abstandshalter 22 beispielsweise oben auf dem Halbleitersubstrat 2. Der Abstandshalter 22 kann aus einem anderen Material bestehen als das Halbleitersubstrat 2.

[0058] Figur 4 zeigt eine weitere Weiterbildung eines Gassensors gemäss der vorliegenden Erfindung. Im Wesentlichen ähnelt diese Weiterbildung der Weiterbildung aus Figur 1 mit der Ausnahme, dass obere Elemente 9 an den Kanten des Trägers 4 hinzugefügt sind.

[0059] Figur 5 zeigt eine andere Weiterbildung des Gassensors gemäss der vorliegenden Erfindung. In dieser Weiterbildung weist der Gassensor wiederum einen Halbleiterchip 2 mit einem Messelement 1 auf. Der Halbleiterchip 2 ist teilweise durch eine Einkapselung 22 in Form eines Vergusses bedeckt. Ein Leadframe 23 dient der Kontaktierung von aussen. Die Trägerstruktur für das Messelement 1 weist deshalb eine Halbleiterchip 2, die Einkapselung 22, das Klebemittel 5 und das Leadframe 23 auf. Eine Kavität 6 wird durch die Trägerstruktur gebildet, welche Kavität 6 geschlossen wird durch eine Kombination aus dem Filter 3 und dem Träger 4 für das Filter 3. Die Kombination aus Filter 3 und Träger 4 erstreckt sich über die gesamte Oberfläche der Trägerstruktur 2, auf welcher die Kombination aus Filter 3 und Träger 4 mittels des Klebemittels 5 befestigt ist.

[0060] Figur 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Gassensors gemäss der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform weist der Gassensor einen Halbleiterchip 2 mit dem Messelement 1 auf. Der Halbleiterchip 2 ist teilweise durch einen Siliziumdeckel 24 bedeckt. Eine Kavität 6 ist gebildet durch das Halbleitersubstrat 2, den Siliziumdeckel 24 und das Klebemittel 5, welche Elemente deshalb zur Trägerstruktur beitragen.

[0061] Figur 7 zeigt eine andere Ausführungsform des Gassensors gemäss der vorliegenden Erfindung. Wiederum ist ein Messelement 1 auf / in einem aufgehängten Teil einer Membran eines Halbleitersubstrats 2 angeordnet, welcher aufgehängte Teil der Membran beispielsweise durch das Ätzen von Substratmaterial von der Rückseite des Halbleiterchips her vorbereitet wird. Dies führt zur Kavität 6. Aus diesem Grunde ist die Kombination aus Filter 3 und Träger 4 an der Rückseite des Halbleiterchips 2 angebracht, wiederum mittels eines Klebemittels 5.

[0062] Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Gassensors gemäss der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ähnelt derjenigen Ausführungsform aus Figur 5. Im Gegensatz zur Ausführungsform in Figur 5 ist die Kombination aus Filter 3 und Träger 4 umgekehrt an der Oberfläche der Trägerstruktur mittels des Klebstoffs 5 angebracht.

[0063] Deshalb ist der Träger 4 der Kavität zugewandt, wohingegen das Filter 3 der Umgebung des Gassensors zugewandt ist. Insofern ist es erwünscht, einen direkten Pfad von ausserhalb des Gassensors durch den Träger 4 in die Kavität 6 abzudichten. Solch ein Pfad ist abgedichtet durch das Bedecken einer jeglichen Oberfläche des Trägers 4, die weder durch das Filter bedeckt ist noch durch das Klebemittel 5. Zu diesem Zweck bedeckt das Klebemittel 5 auch die Stirnseite des Trägers 4, und ist in einer Weiterbildung sogar hochgezogen auf die Oberseite des Trägers 4, sodass es gleichzeitig als oberes Element für einen der vorhergehend aufgezählten Zwecke für obere Elemente dient.

[0064] Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Gassensors gemäss der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist ein Halbleiterchip 2 einschliesslich des Messelements 1 auf einem Schaltungsträger 7, wie etwa einem gedruckten Schaltungsträger, angeordnet und vorzugsweise mit diesem elektrisch verbunden. Zusätzlich können auch ein oder mehrere Chips wie eine integrierte Schaltung 71 auf den Schaltungsträger 7 angeordnet sein. Ein Deckel 8, beispielsweise aus Metall, kann zusammen mit dem Schaltungsträger 7 ein Gehäuse für den Halbleiterchip 2 bilden, welches die Kavität 6 einschliesst. Der Deckel 8 weist eine Öffnung 81 auf, welche überspannt ist von der Kombination aus Filter 3 und Träger 4. Die Kombination ist an dem Deckel 8 mittels eines Klebstoffs 5 von der Innenseite des Deckels 8 her angebracht.

[0065] Figur 10 zeigt eine Gassensorstruktur, die zu einem Gassensor gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beiträgt. Die vorliegende Struktur muss noch finalisiert werden durch das Anbringen eines Filters oder einer Kombination aus einem Filter und einem Träger an die vorliegende Struktur. Die vorliegende Gassensorstruktur enthält ein Messelement 1 auf einem Halbleiterchip 2, der von seiner Rückseite her geätzt ist, wodurch eine Vertiefung gebildet wird. Das Messelement 2 bedeckt Elektroden 10, sodass ein elektrisches Signal an eine Auswerte- und Steuereinheit 11 geliefert werden kann, um dort ausgewertet zu werden. Die Auswerte- und Steuereinheit 11 ist bevorzugt in den Halbleiterchip 2 integriert. Die Auswerte- und Steuereinheit 11 weist auch bevorzugt einen Heizer 12 auf, der in das Halbleitersubstrat 2 integriert ist, beispielsweise in die Membran, die durch das Ätzen der Vertiefung 23 überbleibt.

[0066] Während die vorliegenden vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden wird deutlich zum Ausdruck gebracht, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist sondern auf vielfältige Art und Weise innerhalb des durch die nachfolgenden Patentansprüche definierten Schutzbereichs anders ausgebildet und realisiert werden kann.

Claims (31)

1. Gassensor, aufweisend – eine Trägerstruktur enthaltend eine Kavität (6), – ein Messelement (1), welches empfindlich für ein Gas ist und in der Kavität (6) angeordnet ist (6), – ein die Kavität überspannendes Filter (3), – wobei das Filter (3) ein grössenselektives Filter (3) ist, wobei das grössenselektive Filter (3) Gasmoleküle abhängig von ihrer Grösse filtert, wobei das grössenselektive Filter (3) durchlässig ist für das mit dem Messelement (1) zu detektierende Gas, und nicht durchlässig ist für ein oder mehrere andere Gase.

2. Gassensor nach Anspruch 1, wobei der grössenselektive Effekt des Filters (3) bestimmt ist durch eine Grösse der Poren im Filtermaterial, insbesondere wobei die Grösse der Poren im Filtermaterial dimensioniert ist abhängig von der Grösse eines Moleküls des Gases, das detektiert werden soll, insbesondere wobei die Grösse einer Mehrzahl der Poren im Filtermaterial dimensioniert ist zum Passierenlassen von Molekülen des Gases, das detektiert werden soll, und zum Blockieren von Molekülen eines oder mehrerer anderer Gase, insbesondere wobei die Grösse der Mehrzahl der Poren im Filtermaterial grosser dimensioniert ist als die Grösse eines Moleküls des Gases, das detektiert werden soll, und kleiner dimensioniert ist als die Grösse eines Moleküls des oder der mehreren anderen Gase, die blockiert werden sollen, insbesondere wobei die Grösse einer Mehrzahl der Poren im Filtermaterial 1 nm oder kleiner ist.

3. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtermaterial ein Fluorpolymer enthält, bevorzugt wobei das Filtermaterial aus einem Fluorpolymer besteht.

4. Gassensor nach Anspruch 3, wobei das Filtermaterial ein amorphes Fluorpolymer aufweist mit einem freien Anteil pro Volumen von zumindest 19%, und bevorzugt mit einem freien Anteil pro Volumen zwischen 20% und 40%.

5. Gassensor nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei das Filtermaterial ein Homopolymer aufweist, bevorzugt wobei das Filtermaterial Perfluor-butenylvinylether aufweist.

6. Gassensor nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei das Filtermaterial 2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol enthält.

7. Gassensor nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei das Filtermaterial ein Copolymer enthält, bevorzugt wobei eine erste Komponente des Filtermaterials 2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol enthält, bevorzugt wobei eine zweite Komponente des Filtermaterials Tetrafluorethylen enthält.

8. Gassensor nach Anspruch 7, wobei die erste Komponente einen Molanteil zwischen 20% und 99% aufweist, und wobei die zweite Komponente einen Molanteil zwischen 1% und 80% aufweist.

9. Gassensor nach Anspruch 7, wobei das 2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol einen Molanteil von 80% aufweist, and wobei das Tetrafluorethylen einen Molanteil von 20% aufweist.

10. Gassensor nach Anspruch 7, wobei das 2,2,4-Trifluor-5-(Trifluormethoxy)-1,3-Dioxol einen Molanteil von 60% aufweist, und wobei das Tetrafluorethylen einen Molanteil von 40% aufweist.

11. Gassensor nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei das Filtermaterial 2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluor-1,3-Dioxol aufweist. bevorzugt wobei das Filtermaterial ein Homopolymer ist.

12. Gassensor nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei das Filtermaterial ein Copolymer aufweist, bevorzugt wobei eine erste Komponente des Filtermaterials 2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluor-1,3-Dioxol aufweist, bevorzugt wobei eine zweite Komponente des Filtermaterials Tetrafluorethylen aufweist.

13. Gassensor nach Anspruch 12, wobei die erste Komponente einen Molanteil zwischen 20% und 99% aufweist, und wobei die zweite Komponente einen Molanteil zwischen 1% und 80% aufweist.

14. Gassensor nach Anspruch 13, wobei das 2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluor-1,3-Dioxol einen Molanteil von 87% aufweist, und wobei das Tetrafluorethylen einen Molanteil von 13% aufweist.

15. Gassensor nach Anspruch 13, wobei das 2,2-Bistrifluormethyl-4,5-Difluor-1,3-Dioxol einen Molanteil von 65% aufweist, und wobei das Tetrafluorethylen einen Molanteil von 35% aufweist.

16. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine mittlere Dicke des Filters (3) geringer ist als 20 um, und vorzugsweise zwischen 0.5 um und 5 µm ist.

17. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend einen Träger (4) für das Filter (3), wobei der Träger (4) und das Filter (3) in Kombination (3,4) die Kavität (6) überspannen.

18. Gassensor nach Anspruch 17, wobei der Träger (4) entweder gasdurchlässig ist oder eine grössenselektive Filtereigenschaft aufweist.

19. Gassensor nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei eine Grösse der Mehrzahl der Poren im Trägermaterial eine Grösse der Mehrzahl der Poren im Filtermaterial übersteigt, insbesondere wobei eine Grösse der Mehrzahl der Poren im Trägermaterial eine Grösse der Mehrzahl der Poren im Filtermaterial um einen Faktor von zumindest 20 übersteigt.

20. Gassensor nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die Grösse der Mehrzahl der Poren im Trägermaterial 40 nm oder grösser ist, und insbesondere zwischen 50 nm und 200 nm ist.

21. Gassensor nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das Trägermaterial ein Fluorpolymer aufweist, bevorzugt wobei das Filtermaterial aus einem Fluorpolymer besteht.

22. Gassensor nach Anspruch 21, wobei das Trägermaterial Polytetrafluorethylen PTFE oder Polyethylenetetrafluorethylen ETFE enthält oder daraus besteht.

23. Gassensor nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei eine mittlere Dicke des Trägers (4) kleiner als 1 mm ist, und bevorzugt zwischen 1 µm und 500 µm ist.

24. Gassensor nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei die Kombination (3,4) aus dem Filter (3) und dem Träger (4) an der Trägerstruktur befestigt ist mittels eines Klebemittels (5), insbesondere wobei das Klebemittel (5) entweder gasdicht oder zumindest die gleiche grössenselektive Filterwirkung aufweist wie das Filter (3).

25. Gassensor nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei das Filter (3) der Kavität zugewandt ist (6) und der Träger (4) einer Umgebung des Gassensors zugewandt ist, insbesondere wobei das Filter (3) mittels eines Klebemittels (5) an einer Oberfläche der Trägerstruktur befestigt ist.

26. Gassensor nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei der Träger (4) der Kavität (6) zugewandt ist und das Filter (3) einer Umgebung des Gassensors zugewandt ist, insbesondere wobei das Filter (3) mittels eines Klebemittels (5) an einer Oberfläche der Trägerstruktur befestigt ist.

27. Gassensor nach einem der Ansprüche 17 bis 26, wobei ein Abstand (d) zwischen dem Messelement (1) und der Kombination (3,4) aus dem Filter (3) und dem Träger (4) mindestens 100 µm ist.

28. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend Elektroden (10), die elektrisch mit dem Messelement (1) verbunden sind, einen Heizer (12), der thermisch mit dem Messelement (1) verbunden ist, und wobei das Messelement (1) Metalloxid-Material enthält, wobei das Messelement (1) ausgebildet ist zum Detektieren von CO, Ethanol, H2, oder H2S.

29. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerstruktur aufweist – einen Halbleiterchip (2), der das Messelement (1) trägt, – eine Einkapselung (21), die zumindest teilweise der Halbleiterchip (2) einkapselt, wobei die Einkapselung (21) zum Bilden der Kavität (6) beiträgt.

30. Gassensor nach den Ansprüchen 17 und 29, wobei eine Oberfläche der Einkapselung (21) vollständig bedeckt ist durch die Kombination (3,4) und dabei die Kavität (6) überspannt, wobei ein oder mehrere obere Elemente (9) auf einer Oberfläche und an Kanten der Kombination (3,4) angeordnet sind, wobei das eine oder die mehreren oberen Elemente (9) eine Oberflächenrauigkeit aufweisen, die die Oberflächenrauigkeit der Oberfläche der Kombination (3,4) übersteigt.

31. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei die Trägerstruktur aufweist – einen Schaltungsträger (7), – einen Halbleiterchip (2), der auf dem Schaltungsträger (7) angeordnet ist und das Messelement (1) trägt, – eine Kappe (8) zum Aufnehmen des Halbleiterchips (2), wobei die Kappe (8) zum Bilden der Kavität (6) beiträgt und eine Öffnung (81) aufweist, die durch das grössenselektive Filter (3) überspannt ist.