DE102006010901A1 - Fluidsensor mit Fehlerdetektionseinrichtung - Google Patents

Fluidsensor mit Fehlerdetektionseinrichtung Download PDF

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Abstract

Es wird ein Fluidsensor (110) vorgeschlagen, welcher zur Detektion von fluiden Medien, insbesondere Wasserstoff, genutzt werden kann. Der Fluidsensor (110) weist einen Sensorchip (112) mit einer Chipoberfläche (114) auf, welche eine Messoberfläche (116) und Festlandsoberfläche (118) aufweist. Auf die Messoberfläche (116) sind Leiterbahnen (122, 124) einer zentralen Sensorschaltung (120) mit mindestens einem Heizelement (122)und mindestens einem Temperaturfühler (124) aufgebracht. Weiterhin weist der Fluidsensor (110) ein zusätzliches auf dem Sensorchip (112) angeordnetes Bruchdetektionselement (140) und eine Bruchdetektionsschaltung (142) auf. Die Bruchdetektionsschaltung (142) ist eingerichtet, um Brüche und/oder Risse (130, 132, 134, 136) im und/oder auf dem Sensorchip (112), insbesondere im Bereich einer Grenze (138) zwischen Messoberfläche (116) und Festlandsoberfläche (118), zu erkennen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft einen Fluidsensor zur Detektion von fluiden Medien, insbesondere Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff. Derartige Sensoren werden beispielsweise in der Automobiltechnik zum Nachweis und/oder zur Konzentrationsmessung von Wasserstoff in einem Wasserstoff-Luft-Gemisch eingesetzt.
  • Bei vielen Prozessen, beispielsweise auf dem Gebiet der Verfahrenstechnik, der Chemie oder des Maschinenbaus, müssen Gaskonzentrationen zuverlässig bestimmt werden, und/oder es muss definiert eine Gasmasse, insbesondere eine Luftmasse, zugeführt werden. Hierzu zählen insbesondere Verbrennungsprozesse, welche unter geregelten Bedingungen ablaufen. Ein wichtiges Beispiel ist dabei die Verbrennung von Kraftstoff in Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, insbesondere mit anschließender katalytischer Abgasreinigung. Auch die Zuführung von Gasen genau definierter Zusammensetzung für Brennstoffzellen ist als Anwendungsgebiet zu nennen. Auch sicherheitsrelevante Anwendungen sind zu nennen. So kann beispielsweise ein Wasserstoffsensor in Brennstoffzellen-Fahrzeugen eingesetzt werden, um Fahrzeuginsassen bei schleichendem Wasserstoff-Austritt zu warnen. Luft wird näherungsweise ab einem Wasserstoff-Anteil von 4% zündungsfähig und bei höherem Anteil sogar explosionsfähig, so dass der Wasserstoffsensor beispielsweise mit einer entsprechenden Warnvorrichtung oder einer entsprechenden Notfallautomatik gekoppelt werden kann. Auch andere sicherheitsrelevante Anwendungen derartiger Gassensoren sind denkbar.
  • Zur Messung eines Gasstromes und/oder eines Gaskonzentration werden dabei verschiedene Typen von Sensoren eingesetzt. Eine Klasse derartiger Sensoren sind Sensoren mit einem Sensorchip. Ein aus dem Stand der Technik bekannter Sensortyp dieser Klasse ist der so genannte Heißfilmluftmassenmesser (HFM), welcher beispielsweise in DE 196 01 791 A1 in einer Ausführungsform beschrieben ist. Bei derartigen Heißfilmluftmassenmessern wird üblicherweise ein Sensorchip eingesetzt, welcher eine dünne Sensormembran aufweist, beispielsweise ein Silizium-Sensorchip. Auf der Sensormembran ist typischerweise mindestens ein Heizwiderstand angeordnet, welcher von zwei oder mehr Temperaturmesswiderständen (Temperaturfühlern) umgeben ist. In einem Luftstrom, welcher über die Membran geführt wird, ändert sich die Temperaturverteilung, was wiederum von den Temperaturmesswiderständen erfasst werden kann und mittels einer Ansteuer- und Auswertungsschaltung ausgewertet werden kann. So kann, zum Beispiel aus einer Widerstandsdifferenz der Temperaturmesswiderstände, ein Luftmassenstrom bestimmt werden. Verschiedene andere Varianten dieses Sensortyps sind aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Neben der Erfassung einer Strömung spielt die Detektion und Messung von Komponenten, aus welchen sich das jeweilige gasförmige Fluid zusammensetzt, eine große Rolle. Ein Sensorprinzip beruht auf der unterschiedlichen Wärmekapazität und/oder Wärmeleitfähigkeit der unterschiedlichen Fluidkomponenten und ist beispielsweise in M. Arndt: „Micromachined Thermal Conductivity Hydrogen Detector for Automotive Applications", Sensors, 2002. Proceedings of IEEE beschrieben. So wird beispielsweise zur Detektion von Wasserstoff in einem Luft/Wasserstoffgemisch die Tatsache ausgenutzt, dass Wasserstoff eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt als Luft beziehungsweise die Komponenten der Luft. Bei einem Sensoraufbau, der ähnlich gestaltet ist wie der von Heißfilmluftmassenmessern (HFM), diffundiert z. B. ein Luft-Wasserstoff-Gemisch durch eine dünne Membran oder ein enges Gitter in einen Messraum eines Sensors. Das Vorhandensein von Wasserstoff im gasförmigen Fluid verändert die Temperatur der beheizten Messmembran oder deren Wärmeleistung, die an die Umgebungsluft abgegeben wird. Daraus wiederum wird ein Messsignal erzeugt, welches die Konzentration des Wasserstoffs widerspiegelt.
  • Wie oben beschrieben sind typische Chip-Gassensoren derart aufgebaut, dass diese eine Sensormembran (beispielsweise eine Silizium-Membran) mit geringer thermischer Leitfähigkeit sowie ein umgebendes Chip-Festland aufweisen. Auf dieser Sensormembran sind elektrisch leitfähige Strukturen angeordnet. Dabei treten jedoch im praktischen Einsatz derartiger Sensoren insbesondere im Bereich des Übergangs zwischen Sensormembran und Chip-Festland, zumeist aufgrund der dort konstruktiv oder betriebsbedingt anzutreffenden thermischen und/oder mechanischen Spannungen, häufig eine Rissbildung und/oder ein Bruch des Chips auf. Diese Brüche oder Risse verlaufen der Erfahrung nach bevorzugt in oder entlang der Kanten der Sensormembran am Übergang zum Chipfestland. Derartige Brüche können zu einem vollständigen oder teilweisen Ausfall des Sensors und/oder einer Ausgabe verfälschter Signale führen. Solange diese Risse oder Brüche keine Leiterbahnen des Sensors betreffen, wird der Sensor zumeist auch weiterhin elektrische Signale generieren, welche jedoch aufgrund z. B. der veränderten Wärmeleitfähigkeit der Sensormembran und/oder der veränderten thermischen Anbindung der Membran an das Chipfestland verfälscht sind. Da der Sensor in vielen Fällen, beispielsweise in Brennstoffzellen, in sicherheitsrelevanten Anwendungen zum Einsatz kommt, sind derartige Fehlanzeigen zumeist nicht tolerierbar.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung zeigt einen Fluidsensor zur Detektion von fluiden Medien, welcher die oben beschriebenen Brüche und/oder Risse zuverlässig und sicher detektiert und somit eine zuverlässige Fehlererkennung ermöglicht. Die Erfindung beruht auf der Idee, bei Fluidsensoren die für die Messfunktionen erforderlichen Leiterbahnen auf der Membran zu realisieren. Diese Leiterbahnen kreuzen die Membran beziehungsweise den Übergang zwischen Membran und Festland an wenigen Stellen. Wenn sich ein Riss in der Nähe der Grenze zwischen Membran und der Chip-Festland ausbildet, welcher diese Leiterbahnen nicht durchbricht und somit nicht zu einem Totalausfalls des Sensors führt, so ist die Detektion dieses Risses beziehungsweise des Bruchs in der bisherigen Praxis sehr aufwändig. Die Detektion kann dann beispielsweise lediglich mittels optischer Inspektion oder Plausibilitätsüberprüfungen mit weiteren Signalquellen und/oder unter Zuhilfenahme der Messgeschichte erfolgen.
  • Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Fluidsensor hingegen weist, wie auch der Stand der Technik, einen Sensorchip mit einer mit dem fluiden Medium beaufschlagbaren Chipoberfläche auf. Diese Chipoberfläche beinhaltet eine Messoberfläche und eine Festlandsoberfläche. Beispielsweise kann es sich dabei, wie oben beschrieben, um einen Silizium-Chip handeln. Im Bereich der Messoberfläche kann beispielsweise der Sensorchip derart ausgestaltet sein, dass dieser dort um mindestens eine Größenordnung geringere transversale thermische Leitfähigkeit aufweist als im Bereich der Festlandsoberfläche. Dies kann beispielsweise, wie bei den eingangs beschriebenen Heißfilmluftmassenmesser-Chips, dadurch erzielt werden, dass Sensorchips mit einer dünnen Sensormembran eingesetzt werden, welche eine Dicke von lediglich wenigen Mikrometern aufweist. Hierbei wird die geringe thermische Leitfähigkeit in (ca. 0,026 W/mK) der die Sensormembran umgebenden Luft (beziehungsweise eines alternativen Gases) ausgenutzt. Alternativ können als Messbereich mit einer dem zu messenden fluiden Medium zugewandten Messoberfläche auch poröse Bereiche im Chip hergestellt werden, beispielsweise durch eine Porösifizierung eines Silizium-Chips. Auf diese Weise lassen sich Messbereiche herstellen, welche aufgrund der eingeschlossenen Luftkavernen transversale Leitfähigkeit von 0,1 bis 2 W/mK aufweisen, im Vergleich zu einem Siliziumsubstrat mit einer thermischen Leitfähigkeit von ca. 156 W/mK. Auf die Messoberfläche (beziehungsweise in die Nähe dieser Messoberfläche) sind Leiterbahnen einer zentralen Sensorschaltung mit mindestens einem Heizelement und mindestens einem Temperaturfühler aufgebracht. Weiterhin weist der Fluidsensor erfindungsgemäß mindestens ein zusätzliches auf dem Sensorchip angeordnetes Bruchdetektionselement und eine Bruchdetektionsschaltung auf. Die Bruchdetektionsschaltung ist eingerichtet, um Brüche und/oder Risse im und/oder auf dem Sensorchip insbesondere im Bereich des Übergangs zwischen Messoberfläche und Festlandsoberfläche, zu erkennen.
  • Das mindestens eine Bruchdetektionselement und die mindestens eine Bruchdetektionsschaltung wirken zusammen, um, vorzugsweise unabhängig von der übrigen Funktionalität des Fluidsensors, eine zuverlässige und sichere Detektion von Brüchen und/oder Rissen zu ermöglichen. Beispielsweise kann das mindestens eine Bruchdetektionselement mindestens eine Bruchdetektionselement mindestens eine Bruchdetektor-Leiterbahn umfassen. Diese mindestens eine Bruchdetektor-Leiterbahn kann sich beispielsweise in mindestens einem Bereich in einem Serpentinen- und/oder Mäandermus ter im Bereich des Übergangs zwischen Messoberfläche und Festlandsoberfläche erstrecken. Dabei ist es bevorzugt, wenn diese mindestens eine Bruchdetektor-Leiterbahn in diesem mindestens einem Bereich die Grenze zwischen Messoberfläche und Festlandsoberfläche mehrfach überquert. Auf diese Weise wird die für Brüche und/oder Risse besonders anfällige Grenze zwischen Messoberfläche und Festlandsoberfläche besonders effizient abgedeckt und Fehler in diesem Bereich effizient erfasst.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Bruchdetektor-Leiterbahn mindestens einen ersten Leiterbahnabschnitt umfassen, welcher auf der Messoberfläche zumindest näherungsweise parallel zur Grenze zwischen Messoberfläche und Festlandsoberfläche verläuft und mindestens einen zweiten Leiterbahnabschnitt, welcher auf der Festlandsoberfläche zumindest näherungsweise parallel zur Grenze zwischen Messoberfläche und Festlandsoberfläche verläuft. Auf diese Weise wird durch die bei den parallelen Leiterbahnabschnitte ein Streifen abgedeckt, welcher parallel zur Grenze zwischen Messoberfläche und Festlandsoberfläche verläuft und diesen besonders kritischen Bereich effizient abdeckt.
  • Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das mindestens eine Bruchdetektionselement in mindestens einem Bereich im Abstand von 10 bis 100 Mikrometern, vorzugsweise 20 bis 50 Mikrometern und besonders bevorzugt von 25 Mikrometern von der Grenze zwischen Messoberfläche und Festlandsoberfläche weg auf der Messoberfläche angeordnet ist. Beispielsweise kann sich das oben beschriebene Mäander- oder Serpentinenmuster um diese 25 Mikrometer von der Grenze weg in diese Messoberfläche hinein erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann der oben beschriebene mindestens eine erste Leiterbahnabschnitt in diesem bevorzugten Abstand von 25 Mikrometern von der Grenze weg entfernt und auf der Messoberfläche angeordnet sein.
  • Entsprechend ist es auch bevorzugt, wenn sich das mindestens eine Bruchdetektionselement in mindestens einem Bereich im Abstand von 10 bis 100 Mikrometern, vorzugsweise 20 bis 50 Mikrometern und besonders bevorzugt von 25 Mikrometern von der Grenze zwischen Messoberfläche und Festlandsoberfläche weg auf die Festlandsoberfläche erstreckt. Beispielsweise kann sich das Mäander- und/oder Serpentinenmuster um diese bevorzugten 25 Mikrometer von der Grenze aus auf die Festlandsoberflä che erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann auch der oben beschriebene mindestens eine zweite Leiterbahnabschnitt in einem Abstand von vorzugsweise 25 Mikrometern von der Grenze zwischen Messoberfläche und Festlandsoberfläche weg auf der Festlandsoberfläche angeordnet sein.
  • Die Bruchdetektionsschaltung des Fluidsensors gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen kann weiterhin mindestens eine Schaltung zur Erfassung eines Widerstands aufweisen. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bevorzugt, wenn das mindestens eine Bruchdetektionselement mindestens eine Bruchdetektor-Leiterbahn umfasst. Beispielsweise kann die Bruchdetektionsschaltung weiterhin mindestens eine Schwellwertschaltung aufweisen, welche ausgestaltet ist, um den erfassten Widerstand mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs mindestens ein Kontrollsignal zu generieren. Auf diese Weise kann, beispielsweise durch einen sprunghaften Anstieg des erfassten Widerstands, ein Bruch und/oder Riss detektiert werden, welcher das mindestens eine Bruchdetektionselement, vorzugsweise die mindestens eine Bruchdetektor-Leiterbahn, beeinflusst. Eine derartige Schaltung zur Erfassung eines Widerstands beziehungsweise eine derartige Schwellwertschaltung sind technisch erheblich einfacher und kostengünstiger zu realisieren als die oben beschriebenen Schaltungen, welche beispielsweise eine Plausibilitätsüberprüfung der Fluidsensor-Signale durchführen, um auf diese Weise Brüche zu detektieren.
  • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen dem Stand der Technik entsprechenden Aufbau eines Wasserstoffsensors;
  • 2a ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wasserstoffsensors mit einem Bruchdetektionselement und einer Bruchdetektionsschaltung;
  • 2b einen Ausschnitt des Wasserstoffsensors gemäß 2a;
  • 3 ein zu 2 alternatives Ausführungsbeispiel eines Wasserstoffsensors; und
  • 4 ein zu den 2 und 3 alternatives Ausführungsbeispiel eines Wasserstoffsensors.
  • In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Ausführungsbeispiel eines Fluidsensors 110 dargestellt, welcher in diesem Fall als ein Wasserstoffsensor ausgebildet ist. Ein derartiger Fluidsensor 110 ist beispielsweise in der Eingangs beschriebenen Veröffentlichung von M. Arndt bekannt. Der Fluidsensor umfasst einen Sensorchip 112 mit einer Chipoberfläche 114, welche mit einem Gasgemisch beaufschlagbar ist.
  • Die Chipoberfläche weist eine Messoberfläche 116 und eine Festlandsoberfläche 118 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel kann sich bei dem Sensorchip 112 beispielsweise um einen Silizium-Chip handeln, welcher im Bereich der Messoberfläche 116 eine Membran aus Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid aufweist.
  • Auf der Messoberfläche 116 ist eine zentrale Sensorschaltung 120 mit einer Heizelement-Leiterbahn 122 und einer Temperaturfühler-Leiterbahn 124 aufgebracht. Anschlusspads 126 der Leiterbahnen 122, 124 stehen in Verbindung mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung 128, welche nach dem oben beschriebenen Prinzip eine Wasserstoffkonzentration ermittelt.
  • Zur Verdeutlichung der Problematik eines „Membranrisses" sind in 1 symbolisch vier verschieden positionierte Risse 130, 132, 134, 136 dargestellt. Von diesen verschieden positionierten Rissen 130 bis 136, welche üblicherweise im Bereich der Grenze 138 zwischen Messoberfläche 116 und Festlandsoberfläche 118 auftreten, werden mittels der in 1 dargestellten, dem Stand der Technik entsprechenden Schaltung lediglich Risse vom Typ des dargestellten Risses 130 erfasst. Lediglich der Riss 130 unterbricht unmittelbar die Leiterbahn 122, 124 der zentralen Sensorschaltung 120.
  • Demgegenüber sind in den 2a bis 4 erfindungsgemäße Ausgestaltungen eines Fluidsensors 110 dargestellt, welcher Bruchdetektionselemente 140 und eine Bruchdetektionsschaltung 142 aufweist. Die Anordnung ist in diesen Figuren lediglich schematisch dargestellt, insbesondere die Verbindung zwischen den Anschlusspads 126 und der Ansteuer- und Auswerteschaltung 128 beziehungsweise der Bruchdetektionsschaltung 142. Die Bruchdetektionselemente 140 weisen in diesen Ausführungsbeispielen der Erfindung separate, von den Leiterbahnen 124, 126 getrennte Leiterbahnen 144, 146 auf. Diese separaten Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 sind in der Nähe der Grenze 138 zwischen Messoberfläche 116 und Festlandsoberfläche 118 angeordnet. Risse in der Messoberfläche 116 in der Nähe dieser Grenze 138 werden daher mit hoher Wahrscheinlichkeit diese Bruchdetektor-Leiterbahn 144, 146 unterbrechen. Diese Unterbrechung kann elektrisch einfach mittels der Bruchdetektionsschaltung 142 detektiert werden. Entsprechend kann die Bruchdetektionsschaltung 142, welche in diesem Ausführungsbeispiel eine einfache Schwellwertschaltung 148 umfasst, erkennen, ob ein Widerstand der Bruchdetektor-Leiterbahn 144, 146 einen Schwellwert überschreitet. Bei Überschreiten dieses Schwellwerts kann ein Fehlersignal generiert werden und beispielsweise über eine Schnittstelle 150 ausgegeben werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel ein Status des Fluidsensors 110 auf „Membranriss" gesetzt werden.
  • Die Bruchdetektionsschaltung 142 ist dabei lediglich in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2a dargestellt und ist in den übrigen Figuren sinngemäß zu ergänzen. Die verschiedenen Ausführungsformen betreffen insbesondere die Form und genau Position der Bruchdetektor-Leiterbahnen 144 des Bruchdetektionselements 140. Grundsätzlich können dabei insbesondere folgende Parameter variiert werden:
    • – Abmessungen der Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 (Breite, Länge, Höhe, Anzahl der Faltungen eines Mäanders etc.),
    • – Erstreckung der Leiterbahnen 144, 146 auf Festlandsoberfläche 118,
    • – Form der Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 (Mäanderform, Serpentinenform, rechtwinklig, kreisbogenförmig, gezackt etc.),
    • – Anzahl der Mäander beziehungsweise Serpentinen (zur genaueren Lokalisierung der Risse und für eine freiere Leiterbahnzuführung).
  • In 2a ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform dargestellt, welche alle Typen von Rissen 130 bis 136 detektieren kann. In dieser Ausführungsform weist das Bruchdetektionselement 140 zwei Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146, auf. Diese Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 bilden somit eine Aufteilung des Bruchdetektionselement 140 in zwei unabhängige Stromkreisläufe, was den Vorteil bietet, dass eine Überquerung der Leiterbahnen 122, 124 der zentralen Sensorschaltung 120 nicht erforderlich ist. Diese Leiterbahnen 122, 124 können nach wie vor, wie auch im Stand der Technik (vgl. 1), an zwei gegenüberliegenden Kanten von der Messoberfläche 116 weggeführt werden. Zusätzlich fungieren die Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 auch als Wärmesenke.
  • Bei der Ausführungsvariante in 2a und 2b sind die Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 mäanderförmig ausgestaltet. Dabei weisen diese Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 jeweils einen geraden Leiterbahn-Abschnitt 152 auf, welcher in diesem Ausführungsbeispiel in einem Abstand von ca. 25 Mikrometern von der Grenze 138 zwischen Messoberfläche 116 und Festlandsoberfläche 118 parallel zu dieser Grenze 138 verläuft. Weiterhin weisen die Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 mäanderförmige Abschnitte 154 auf, welche die Grenze 138 vielfach senkrecht überqueren (vgl. vergrößerte Detaildarstellungen in 2b).
  • Der Sensorchip 112 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2a ist ungefähr quadratisch ausgestaltet. Dabei weist die Messoberfläche 116 eine Kantenlänge von in diesem Ausführungsbeispiel typischerweise 1 Millimeter auf. Die Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 erstrecken sich in diesem Beispiel über einen Bereich von ca. 25 Mikrometern von der Grenze 138 aus in die Messoberfläche 116 hinein und um etwa den gleichen Betrag in die Festlandsoberfläche 118 hinein. Auf diese Weise decken die Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 jeweils einen streifenförmigen Bereich einer Breite von ca. 50 Mikrometern um die Grenze 138 zwischen Messoberfläche 116 und Festlandsoberfläche 118 ab. Auch andere Dimensionen der Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 sind selbstverständlich möglich.
  • Auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 weist das Bruchdetektionselement 140 zwei Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 auf. Wiederum sind diese Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 als Leiterbahnschleifen ausgeführt, welche jeweils mittels Anschlusspads 126 kontaktiert werden können. Dabei liegen die Anschlusspads 126 der Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 jeweils aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Messoberfläche 116.
  • Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß 2a weisen die Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 im Ausführungsbeispiel gemäß 3 jedoch keinen mäanderförmigen Verlauf auf. Die Leiterbahnschleifen der Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 weisen vielmehr jeweils einen ersten Leiterbahnabschnitt 156 und einen zweiten Leiterbahnabschnitt 158 auf, wobei der erste Leiterbahnabschnitt 156 auf der Messoberfläche 116 parallel zur Grenze 138 verläuft und der zweite Leiterbahnabschnitt 158 parallel zur Grenze 138 auf der Festlandsoberfläche 118. Dabei ist der erste Leiterbahnabschnitt in diesem Ausführungsbeispiel etwa um 25 Mikrometer beabstandet von der Grenze 138, der zweite Leiterbahnabschnitt 158 um etwa 100 Mikrometer. Mittels dieser Anordnung lassen sich Risse in derart dargestellten Beispiel-Risse 130, 132 und 136 detektieren. In etwa zur Grenze 138 parallel verlaufende Risse, wie beispielsweise der Riss 134, werden jedoch mit dieser Variante weniger zuverlässig detektiert.
  • In 4 ist schließlich ein drittes Ausführungsbeispiel eines Fluidsensors 110 darsgestellt. Wiederum weist dieser Fluidsensor 110 ein Bruchdetektionselement 140 mit zwei Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 auf. Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen in 2a und 3 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 diese Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 nicht als Leiterbahn-Schleifen ausgeführt, sondern weisen Anschlusspads 126 auf jeweils einander gegenüberliegenden Seiten der Messoberfläche 116 auf. Auf diese Weise entfällt bei dieser Ausführungsform der gerade Leiterbahnabschnitt 152 gemäß dem Beispiel in 2a. Mit dieser Ausführungsform lassen sich daher zuverlässig Risse vom Typ der dargestellten Risse 130, 132 und 134 erfassen, wohingegen Risse vom Typ 136, welche näherungsweise senkrecht zur Grenze 138 verlaufen, weniger zuverlässig erfasst werden. Wie auch in den Ausführungsbeispielen gemäß den vorhergehenden 2a, 2b und 3 verwertet die Bruchdetektionsschaltung 142 dabei neben einer Widerstandsmessung der Bruchdetektor-Leiterbahnen 144, 146 vorteilhafterweise auch Informationen der an Ansteuer- und Auswerteschaltung 128 (in 2a durch den Pfeil 160 symbolisiert). Auf diese Weise tragen selbstverständlich auch Risse im Bereich der Leiterbahnen 122, 124 zur Bruchdetektion bei.

Claims (9)

  1. Fluidsensor (110) zur Detektion von fluiden Medien, insbesondere von Gasen, wobei der Fluidsensor (110) einen Sensorchip (112) mit einer mit dem fluiden Medium beaufschlagbaren Chipoberfläche (114) aufweist, wobei die Chipoberfläche (114) eine Messoberfläche (116) und eine Festlandsoberfläche (118) aufweist, wobei auf die Messoberfläche (116) Leiterbahnen (122, 124) einer zentralen Sensorschaltung (120) mit mindestens einem Heizelement (122) und mindestens einem Temperaturfühler (124) aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsensor (110) weiterhin mindestens ein zusätzliches auf dem Sensorchip (112) angeordnetes Bruchdetektionselement (140) und eine Bruchdetektionsschaltung (142) aufweist, wobei die Bruchdetektionsschaltung (142) eingerichtet ist, um Brüche und/oder Risse (130, 132, 134, 136) im und/oder auf dem Sensorchip (112), insbesondere im Bereich einer Grenze (138) zwischen Messoberfläche (116) und Festlandsoberfläche (118), zu erkennen.
  2. Fluidsensor (110) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bruchdetektionselement (140) mindestens eine Bruchdetektor-Leiterbahn (144, 146) umfasst.
  3. Fluidsensor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bruchdetektor-Leiterbahn (144, 146) in mindestens einem Bereich in einem Serpentinen- und/oder Mäandermuster im Bereich der Grenze (138) zwischen Messoberfläche (116) und Festlandsoberfläche (118) verläuft.
  4. Fluidsensor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bruchdetektor-Leiterbahn (144, 146) in dem mindestens einen Bereich die Grenze (138) zwischen Messoberfläche (116) und Festlandsoberfläche (118) mehrfach, vorzugsweise senkrecht, überquert.
  5. Fluidsensor (110) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bruchdetektor-Leiterbahn (144, 146) mindestens einen ersten Lei terbahnabschnitt (156) umfasst, welcher auf der Messoberfläche (116) zumindest näherungsweise parallel zur Grenze (138) zwischen Messoberfläche (116) und Festlandsoberfläche (118) verläuft und mindestens einen zweiten Leiterbahnabschnitt (158), welcher auf der Festlandsoberfläche (118) zumindest näherungsweise parallel zur Grenze (138) zwischen Messoberfläche (116) und Festlandsoberfläche (118) verläuft.
  6. Fluidsensor (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bruchdetektionselement (140) in mindestens einem Bereich im Abstand von 10 bis 100 Mikrometern, vorzugsweise 20 bis 50 Mikrometern und besonders bevorzugt von 25 Mikrometern von der Grenze (138) zwischen Messoberfläche (116) und Festlandsoberfläche (118) weg auf der Messoberfläche (116) angeordnet ist.
  7. Fluidsensor (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bruchdetektionselement (140) in mindestens einem Bereich im Abstand von 10 bis 100 Mikrometern, vorzugsweise 20 bis 50 Mikrometern und besonders bevorzugt von 25 Mikrometern von der Grenze (138) zwischen Messoberfläche (116) und Festlandsoberfläche (118) weg auf der Festlandsoberfläche (118) angeordnet ist.
  8. Fluidsensor (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchdetektionsschaltung (142) mindestens eine Schaltung zur Erfassung eines Widerstands aufweist.
  9. Fluidsensor (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchdetektionsschaltung (142) weiterhin mindestens eine Schwellwertschaltung (148) aufweist, welche ausgestaltet ist, um den erfassten Widerstand mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und um in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs mindestens ein Kontrollsignal zu generieren.
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