CN104344860B - 用于确定流过通道的流体介质的至少一个参数的传感器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于确定流过通道(24)的流体介质的至少一个参数的传感器装置(10)。该传感器装置(10)具有传感器壳体(12)，尤其安装或者能够安装在流动管中的插式传感器，所述通道(24)构造在传感器壳体中，该传感器装置还具有至少一个布置在通道(14)中的、用于确定所述流体介质的参数的传感器芯片(30)。所述传感器芯片(30)具有传感区域(32)。所述传感器壳体(12)具有通到所述通道(14)中的、迎着所述流体介质的主流动方向(18)的入口(16)和至少一个从所述通道(14)中出来的出口(22)。所述传感区域(32)至少部分地被能导电的层(58)覆盖。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定流过通道的流体介质的至少一个参数的传感器装置。
背景技术
由现有技术已知用于确定流体介质、即液体和/或气体的至少一个流动特性的众多方法和装置。在此，作为可能的参数的流动特性可以涉及任意的、能够测量的、物理和/或化学的特性，这些特性定量或者定性流体介质的流动。在此，尤其可以涉及流动速度和/或质量流和/或体积流。
以下尤其参照所谓的热膜式空气质量测量仪来说明本发明，该热膜式空气质量测量仪例如由Konrad Reif(编者)：Sensoren im Kraftfahrzeug(机动车中的传感器)，2010第1版，146至148页已知。这种热膜式空气质量测量仪通常基于传感器芯片、尤其硅传感器芯片，其例如具有作为测量表面或者传感区域的传感器膜，该传感区域能够被流动的流体介质淹没流过。传感器芯片通常包括至少一个加热元件以及至少两个温度传感器，这些温度传感器例如布置在传感器芯片的测量表面上，其中，一个温度传感器安置在加热元件的上游并且另一个温度传感器安置在加热元件的下游。由被温度传感器所感测的、被流体介质的流动所影响的温度曲线轮廓的非对称性能够推断出流体介质的质量流和/或体积流。
热膜式空气质量测量仪通常构型为插式传感器(Steckfuehler)，该插式传感器能够固定地或者可更换地安装到流动管中。例如，该流动管可以涉及内燃机的吸气侧(Ansaugtrakt)。
在此，介质的分流流过至少一个设置在热膜式空气质量测量仪中的主通道。在主通道的入口和出口之间构成有支路通道。该支路通道尤其这样构成，使得它具有用于使介质的经主通道入口进入的分流转向的弯曲区段，其中，该弯曲区段在进一步的延伸中过渡到布置有传感器芯片的区段中。最后提到的该区段代表真正的测量通道，传感器芯片布置在该测量通道中。
WO 02/084226 A1公开了一种具有用于避免传感器芯片上的污染的电势面的传感器芯片。
DE 102010020264 A1公开了一种具有由塑料制成的壳体的热膜式空气质量测量仪，其以电绝缘的方式起作用。在该壳体中构成有流动通道并且布置有传感器元件，该传感器元件感测在流动通道中流动的空气质量。流动通道的一部分具有静电耗散的特性。
WO 02/073140 A2公开了一种具有用于避免传感器芯片上的污染的附加加热器的传感器芯片。
尽管由现有技术已知的、用于避免出现在传感区域上的带有电荷的颗粒附着的方法具有众多优点，这些方法还包含改进潜力。因此，所出现的带有电荷的颗粒迄今仅不充分地被保持离开传感区域。
发明内容
因此，提出一种用于确定流过通道的流体介质的至少一个参数的传感器装置，该传感器装置能够至少在很大程度上避免已知方法和策略的缺点，并且，在该传感器装置中，尤其能够最小化或者说避免电载荷的颗粒的附着。
用于确定流过通道的流体介质的至少一个参数、尤其内燃机的抽吸空气质量流的至少一个参数的根据本发明的传感器装置具有传感器壳体，尤其安装或者能够安装在流动管中的插式传感器，所述通道构造在该传感器壳体中，该传感器装置还具有至少一个布置在通道中的、用于确定流体介质的参数的传感器芯片。该传感器壳体具有通到所述通道中的、迎着所述流体介质的主流动方向的入口和至少一个从通道中出来的出口。该传感器芯片具有传感区域，并且该传感区域至少部分地被能导电的层覆盖。
所述能导电的层可以至少部分地具有结构化部。所述能导电的层可以具有0.05纳米至10微米的厚度，并且优选具有0.2纳米至1.0纳米的厚度。
所述能导电的层可以至少部分地由金属和/或贵金属制造。所述能导电的层可以至少部分地由这样的材料制造，该材料包括下组中的至少一个元素，所述组包括铂、铝、铑、钌、钯、银和金。所述能导电的层可以与至少一个键合垫(Bondpad)这样电连接，使得所述能导电的层接地。所述传感器芯片可以具有地线键合垫(Massebondpad)，其中，所述能导电的层与所述地线键合垫电连接。所述能导电的层可以这样布置，使得该能导电的层可以被流体介质淹没流过。所述能导电的层可以与所述传感区域整体地构成。所述传感区域可以具有至少一个加热元件和至少一个温度传感器。
在本发明的范围内，所述主流动方向可以理解为所述流体介质在传感器或者说传感器装置的位置上的局部流动方向，其中，例如可以保持不考虑局部的不规则性、例如涡流。由此，所述主流动方向尤其可以理解为所述流动的流体介质在传感器组件的位置上的、局部的、平均的运送方向。在此，该平均的运送方向为这样的运送方向，所述流体介质在时间上平均地主要在向该运送方向上流动。
在本发明的范围内，布置在下游可以理解为构件布置在这样的部位上，流体介质在主流动方向上流动的情况下在时间上到达该部位比到达参考点晚。因此，例如，温度传感器相对于加热元件布置在下游意味着：从时间上看，流体介质到达温度传感器比到达加热元件晚。
类似地，在本发明的范围内，构件布置在上游可以理解为该构件布置在这样的部位上，从时间上看，在主流动方向上流动的流体介质到达该部位比到达参考点早。因此，例如，温度传感器相对于加热元件布置在上游意味着：从时间上看，流体介质到达温度传感器比到达加热元件早。
在此，在本发明的范围内，传感器芯片可以理解为这样的构件，该构件具有至少一个加热元件以及至少两个温度传感器，所述温度传感器布置在所述传感器芯片的传感区域上，其中，一个温度传感器布置在加热元件的上游，并且另一个温度传感器布置在加热元件的下游。
在本发明的范围内，传感区域可以理解为传感器芯片、尤其硅传感器芯片的那个区域，所述区域实现真正的、进行感测的功能并且所述区域能够被流动的流体介质淹没流过。因此，在所述传感区域中布置有对于感测功能重要的构件、例如温度传感器和加热元件。所述传感区域可以为构造为传感器膜的测量表面。
在本发明的范围内，层可以理解为呈面式延伸的同一质量，该质量可以在另外的构件之上、之下或者之间延伸，并且具有一定的高度。在此，层的厚度可以理解为所述层的垂直于该层的最大表面的度量尺寸。
在本发明的范围内，金属可以理解为这样的元素，该元素从这样的元素组中选择，所述元素在元素周期表中处于从硼到砹的连线的左边和下方的区域中。
在本发明的范围内，贵金属可以理解这样的元素，该元素从这样的组中选择，所述组包括铂金属以及金和银。所述铂金属包括第五周期和第六周期的VIII至X族的元素，即钌、铑、钯、锇、铱和铂。
在本发明的范围内，键合垫可以理解为这样的面，该面与所谓的键合线(Bonddraht)电接触。在本发明的范围内，键合线可以理解为这样的线材，该线材适用于使集成电路的或者离散的半导体的或者其它的电子构件的接头与芯片壳体的电接头连接。在本发明的范围内，芯片壳体可以理解为半导体芯片的外壳，即所谓的硬模(Die)，包括接头部位、即所谓的引线(Leads)、管脚(Pins)或球(Balls)。
在本发明的范围内，术语地线(Masse)可以理解为这样的导电体，该导电体在通常情况下被限定有0伏电势并且对于所有的信号电压和运行电压来说代表参考电势。在此，地线可以为结构元件的共同的接头。
根据本发明，提出，将能导电的层施加到传感区域上作为该传感区域的整体的组成部分。在必要时，可以使该层结构化，从而阻止键合垫上的短路并且同时不妨碍热学测量原理。所述层可以由金属或者在必要时由铂或者铝或者金制造。所述能导电的层可以通过单独加工成的键合垫来接触并且由此接地但是或者可以与传感器芯片的地线键合垫直接连接。因为所述能导电的层的在表面上的原子、例如金属原子的面式过压(Flaechenueberspannende)的交联(Vernetzung)已经足够用于导出其它部位的位置固定的载荷，次纳米范围内的涂层能够产生用于避免电载荷颗粒的附着的足够效果。通过层的结构化，能够减小对信号产生的不利副作用，例如从膜到固定区域(Festland)的热传导由于表面金属化而被改变从而导致测量信号错误。
附图说明
本发明的其它的可以选细节和特征由优选的实施例的以下说明中得出，这些实施例在附图中示意性地示出。附图示出：
图1根据本发明的传感器装置的立体图示，
图2根据第一实施方式的传感器芯片的传感区域的示意性俯视图，
图3根据第二实施方式的传感器芯片的传感区域的示意性俯视图和
图4根据第三实施方式的传感器芯片的传感区域的示意性俯视图。
具体实施方式
图1示出用于确定流过通道的流体介质的参数的传感器装置10的立体图示。在该实施例中，该传感器装置10构型为热膜式空气质量测量仪并且尤其能够感测内燃机的抽吸空气质量流。在该实施例中，传感器装置包括传感器壳体12，该传感器壳体可以构造为插式传感器，该插式传感器例如可以插入到流动管中、尤其内燃机的吸气侧中。在传感器壳体12中接收有通道结构14，典型量的流体介质能够通过在被使用的状态下与流体介质的主流动方向18指向相反的入口16经由该通道结构流动。
在此，图1示出传感器壳体12的在通道结构14的区域中的局部。通道结构14具有主通道20，该主通道通到传感器壳体12的相对于图1中图示的下侧上的主通道出口22中，该通道结构还具有从主通道20分支的支路通道或者说测量通道24，该支路通道或者说测量通道通到该支路通道或者说测量通道24的也布置在传感器壳体12的相对于图1中图示的下侧上的出口26中。
如在传统的热膜式空气质量测量仪中，呈翼片形式的传感器承载体28伸到测量通道24中。传感器芯片30可这样装入到该传感器承载体28中，使得构造为传感器芯片30的传感区域32的传感器膜能够被流体介质淹没流过。传感器承载体28与传感器芯片30为电子模块34的组成部分，该电子模块具有弯曲的底板36以及安装例如粘接在该底板上的、具有控制和评估电路40的电路板38。传感器承载体28例如可以作为塑料构件注塑到底板36上。传感器承载体28设有可以倒圆地构型的迎流边，该传感器承载体例如可以作为注塑构件注塑到底板上或者可以与电路板38的底板36整体地构成。
传感器芯片30与控制和评估电路40通过在这里构型为键合线的电连接装置42电连接。如在图1中可见，这样产生的电子模块34被装入例如被粘入到传感器壳体12的壳体46中、到电子装置室44中，通道结构14也构造在该传感器壳体中。这样进行装入，使得传感器承载体28在此伸入到通道结构14中。随后，电子装置室44和通道结构14由盖48封闭。
图2示出根据第一实施方式的传感器芯片30的传感区域32的示意性俯视图。传感区域32包括加热元件50以及两个温度传感器52，54(图3)。就主流动方向18而言，第一温度传感器52布置在加热元件50的上游并且第二温度传感器54布置在加热元件50的下游。不仅加热元件50而且温度传感器52，54可以构造为与键合垫56电连接的电阻。如以上所提到，键合垫56通过构造为键合线的电连接装置42与控制和评估电路40连接。
传感区域32至少部分地被能导电的层58覆盖。在图2中所示出的实施例中，传感区域32完全被能导电的层58覆盖。在图2的图示中，加热元件50和两个温度传感器52，54不可见，因为它们被层58覆盖。但是，加热元件50和两个温度传感器52，54的位置和形状例如能够在以下说明的图3中获知。能导电的层58可以至少部分地由金属和/或贵金属制造。例如，能导电的层58的材料从包括铂、铝、钌、铑、钯、银和金的组中选择。例如，层58由金制造。层58可以具有0.05纳米至10微米并且优选0.2纳米至1.0纳米的厚度，例如0.5纳米或0.8纳米。能导电的层58可以这样布置，使得它能够被流体介质淹没流过。例如，能导电的层58与传感区域32整体地构成。层58也可以借助于键合垫56之一电连接并由此接地。替代地，传感器芯片30可以具有地线键合垫，其中，层58与传感器芯片30的地线键合垫直接电连接。
流动的流体介质可能包含脏污，这些脏污会导致传感器芯片30的污染。这例如为灰尘颗粒、油或溶解在水中的盐。为了避免或者减少污染，设置层58，如以下将较详细地说明的。因为层58优选处于地线上，该层具有0V的电势。在这种情况下，层58借助于细线键合(Duenndrahtbond)与控制和评估电路40连接。
通过层58与液体微粒及包含在流动的流体介质中的污垢微粒的电交互作用，引起传感区域32中的沉降阻碍，因为电载荷由于层58上的电荷迁移(Ladungsuebergaenge)被中和进而关断了引起这些微粒积聚的机制。由此，被电中和的微粒不能够积聚在传感区域32中，并且然后被流动的流体介质继续运送。装置10也能够用于，通过对层58施加电压、尤其交流电压，主动地并在必要时以成份额的方式交变地提供极性的电荷，通过所述极性的电荷能够引起可能存在的、带电的杂质颗粒的快速中和。
图3示出根据第二实施方式的传感器芯片30的传感区域32的示意性俯视图。以下仅说明与第一实施方式的区别并且相同的构件设有相同的参考标记。如在图3中可见，能导电的层58这样U形地构成，使得至少加热元件50不被层58覆盖。附加地，温度传感器52，54可以空出并且由此不被层58覆盖。相应地，在加热元件50的上方构造有矩形的区段62，该区段可露出。作为其它的可能的改型，能导电的层58至少部分地具有结构化部60。例如，结构化部60这样构成，使得该结构化部由多个相互平行地延伸的、矩形的薄区段64构成，所述薄区段阶梯形地覆盖加热元件50并且在U形层58的侧边之间这样延伸，使得区段64连接该U形层58的侧边。
图4示出根据第三实施方式的传感器芯片30的传感区域32的示意性俯视图。以下仅说明与以上的实施方式的区别并且相同的构件设有相同的参考标记。在该实施方式中，层58仅覆盖传感器芯片30的相对于垂直于主流动方向18平分的一半。例如，层58这样构成，使得它仅覆盖传感器芯片30的那一半，第二温度传感器54布置在所述一半上，该第二温度传感器布置在加热元件50的下游。由此，第二温度传感器54至少部分地被层58覆盖，然而加热元件50和第一温度传感器52不被覆盖。即使在图4中所示出的实施例中，能导电的层58也可以附加地至少部分地具有结构化部60。例如，结构化部60构造为层58的锯齿形的边沿66，该边沿至少部分地覆盖第二温度传感器54。
Claims (11)
1.用于确定流过通道(24)的流体介质的至少一个参数的传感器装置(10)，其中，该传感器装置(10)具有传感器壳体(12)，所述通道(24)构造在该传感器壳体中，该传感器装置还具有至少一个布置在所述通道(24)中的、用于确定所述流体介质的所述参数的传感器芯片(30)，其中，所述传感器芯片(30)具有传感区域(32)，其中，所述传感器壳体(12)具有通到所述通道(24)中的、迎着所述流体介质的主流动方向(18)的入口(16)和至少一个从所述通道(24)中出来的出口(22)，其特征在于，
所述传感区域(32)至少部分地被仅一个能导电的层(58)覆盖，其中，所述能导电的层(58)接地，其中，在所述流体介质中的带电颗粒通过所述能导电的层(58)被中和，其中，所述能导电的层(58)与所述传感区域(32)整体地构造，并且其中，所述能导电的层(58)由金属制造，并且其中，所述能导电的层(58)具有0.05纳米至10微米的厚度。
2.根据权利要求1所述的传感器装置(10)，其中，所述能导电的层(58)至少部分地具有结构化部(60)。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述能导电的层(58)具有0.2纳米至1.0纳米的厚度。
4.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述能导电的层(58)至少部分地由贵金属制造。
5.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述能导电的层(58)至少部分地由这样一种材料制造，所述材料包括下组中的至少一个元素，所述组包括铂、铝、钌、铑、钯、银和金。
6.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述能导电的层(58)与至少一个键合垫(56)这样电连接，使得所述能导电的层(58)接地。
7.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述传感器芯片(30)具有地线键合垫，其中，所述能导电的层(58)与该地线键合垫电连接。
8.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述能导电的层(58)这样布置，使得所述能导电的层(58)是能够被所述流体介质淹没流过的。
9.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述传感区域(32)具有至少一个加热元件(50)和至少一个温度传感器(52，54)。
10.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述传感器装置(10)构造成用于确定内燃机的抽吸空气质量流的至少一个参数。
11.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述传感器壳体(12)构造为安装到流动管中的插式传感器。
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