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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Partikelsensoreinheit (bzw. Partikelmaterialsensoreinheit), welche Partikel (z.B. Partikelmaterial, Feinstaub) effektiv detektiert, eine Empfindlichkeit eines Sensors aufrechterhält und eine gesamte mechanische Festigkeit verbessert.
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Beschreibung der bezogenen Technik
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Ein Partikelfilter (PF) zum Verringern eines Abgases (bzw. von Partikeln in einem Abgas) wird in einem Fahrzeug verwendet. Ein Differenzdrucksensor wird verwendet, um die Menge eines vom Partikelfilter gesammelten Abgases zu erfassen.
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Der Partikelfilter kann wahlweise auf alle Brennkraftmaschinen (bzw. auf Fahrzeuge mit unterschiedlichen Brennkraftmaschinen), wie zum Beispiel ein Dieselfahrzeug, ein Benzinfahrzeug und ein Gasfahrzeug, angewendet werden.
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In der Zukunft kann entsprechend einer Abgassteuerung (z.B. einer Abgasreinigung) die Erfassungspräzision von in einem Dieselpartikelfilter gesammelten Partikeln unter Verwendung des existierenden Differenzdrucksensors abgesenkt sein (z.B. schlechter sein), und es ist nicht einfach eine Beschädigung des Dieselpartikelfilters zu erfassen.
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Indessen werden nähere Untersuchungen eines Sensors zum Erfassen von Partikeln weiter durchgeführt, werden Untersuchungen durchgeführt, um die Empfindlichkeit eines Sensors durch Entfernen von Partikelmaterial aufrechtzuerhalten, wenn die Partikel an dem Sensor anhaften, und werden außerdem Untersuchungen durchgeführt, um die Festigkeit eines Sensorabschnitts zu verbessern.
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Aus der
DE 10 2007 046 096 A1 ist ein Partikelsensor bekannt, welcher ein auf der Oberfläche des Sensors angeordnetes Messelektrodensystem mit mindestens zwei ineinander greifenden interdigitalen Messelektroden und mindestens eine unter dem Messelektrodensystem angeordnete isolierende Schicht und mindestens eine unter der/den isolierenden Schicht/en angeordnete Prüfelektrode und eine unter der/den isolierenden Schicht/en angeordnete Heizvorrichtung und eine unter der/den isolierenden Schicht/en angeordnete Temperaturmessvorrichtung aufweist. Weitere Parikelsensoreinheiten und zugehörige Techniken sind aus der
US 2009 / 0126458 A1 , der
DE 38 20 740 A1 und der
DE 10 2005 016 132 A1 bekannt.
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Insofern nicht auf ein Dokument des Stands der Technik Bezug genommen wird, dienen die Informationen, welche in dem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung“ offenbart sind, lediglich dem Verbessern des Verständnisses des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann (schon) bekannt ist, gehören.
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Kurze Erläuterung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Partikelsensoreinheit zu schaffen, welche die Vorteile hat, dass sie die Festigkeit eines Sensorabschnitts verstärkt, Kosten reduziert und eine Herstellungsmenge durch Verbessern der Produktivität in einem Herstellungsvorgang erhöht.
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Hierzu stellt die vorliegende Erfindung eine Partikelsensoreinheit gemäß dem Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Partikelsensoreinheit somit auf: einen Sensorabschnitt von einem Influenz-Typ (bzw. Elektrostatische-Induktion-Typ), welcher darauf reagiert, wenn (bzw. dass) ein eine elektrische Ladung aufweisender Partikel (z.B. ein Partikelmaterial, z.B. Feinstaub) die (z.B. nahe) Umgebung des Sensorabschnitts passiert (bzw. sich daran vorbeibewegt, z.B. umströmt), eine Schutzplatte (z.B. ein Schutz-Pad), wobei der Sensorabschnitt mit einer Seite der Schutzplatte mittels einer Leitpaste (bzw. einer leitfähigen Paste) verbunden (bzw. an einer (z.B. auf eine) Seite der Schutzplatte mittels einer Leitpaste geklebt / gebondet) ist, eine Heizelektrode, welche an (z.B. auf) der Schutzplatte ausgebildet ist und welche dazu eingerichtet ist, die Partikel, welche an (z.B. auf) dem Sensorabschnitt angeordnet sind (z.B. an (z.B. auf) dem Sensorabschnitt anhaften), zu verbrennen (z.B. wegzubrennen), um die Partikel zu beseitigen, und eine Sensorelektrode, welche an (z.B. auf) der Schutzplatte ausgebildet ist, um ein von dem Sensorabschnitt erzeugtes Signal zu einer Außenseite (bzw. nach außerhalb) hin zu übertragen, wobei der Sensorabschnitt einen Sensorkörper, an (z.B. auf) dessen einen Oberseitenfläche ein Sensorvorsprungsabschnitt aus Siliziummaterial ausgebildet ist, eine Isolierschicht, welche eine obere Seite und eine untere Seite des Sensorkörpers bedeckt, und eine Verbindungselektrode, welche den Sensorkörper mit der Sensorelektrode mittels eines Teils verbindet, an welchem die Isolierschicht nicht ausgebildet ist, aufweist und wobei die Schutzplatte ein Keramikmaterial aufweist.
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Wobei die Sensorelektrode an einer oberen Fläche der Schutzplatte ausgebildet ist und die Heizelektrode an einer unteren Fläche der Schutzplatte ausgebildet ist, wobei die Leitpaste an einer (z.B. auf eine) Seite der oberen Fläche der Schutzplatte aufgebracht (bzw. aufgetragen) ist, um einen Teil der Sensorelektrode zu bedecken, und wobei der Sensorabschnitt mit der Leitpaste verbunden (z.B. an die Leitpaste geklebt / gebondet) ist, um an (z.B. auf) der oberen Fläche der Schutzplatte fixiert zu sein.
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Der Sensorabschnitt oder die Heizelektrode können z.B. wenigstens eines von (den Elementen) Pt, Mo und W aufweisen.
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Der Sensorkörper ist hergestellt durch Ätzen einer Siliziumscheibe (sog. Siliziumwafer).
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Die Isolierschicht ist hergestellt aus SiO2 oder Si3O4.
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Das Keramikmaterial kann aufweisen Si3O4, Mullit (z.B. Mullit-Keramik) oder Glas-Keramik.
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Wie oben beschrieben kann eine Partikelsensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Festigkeit eines Sensorabschnitts verbessern, wobei eine Schutzplatte, an (z.B. auf) welcher der Sensorabschnitt angebracht ist, als eine Siliziumscheibe ausgebildet ist.
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Da außerdem eine Siliziumscheibe mittels eines Halbleiterfertigungsvorgangs hergestellt wird und die Siliziumscheibe an (z.B. auf) einer Schutzplatte mittels einer Leitpaste angebracht ist, können Herstellungskosten gesenkt werden und kann die Produktionsmenge erhöht werden.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Eigenschaften und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder darin detaillierter ausgeführt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine teilweise perspektivische Ansicht einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine teilweise perspektivische Explosionsansicht in eine Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine Querschnittansicht einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist ein Vorgangsdiagramm, welches ein Herstellungsverfahren eines Sensorabschnitts zeigt, welcher an einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist.
- 5 ist ein Vorgangsdiagramm, welches ein Herstellungsverfahren einer Heizelektrode zeigt, welche an einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist.
- 6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Herstellungsverfahren eines Sensorabschnitts zeigt, welcher an einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist.
- 7 ist ein Flussdiagramm, welches ein Herstellungsverfahren einer Heizelektrode zeigt, welche an einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist.
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Es sollte klar sein, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Eigenschaften darstellen, um die Grundprinzipien der Erfindung aufzuzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, einschließlich z.B. konkreter Abmessungen, Richtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
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In den Figuren beziehen sich durchgehend durch die zahlreichen Figuren der Zeichnungen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüchen definiert, enthalten sein können.
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Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine teilweise perspektivische Ansicht einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 1 weist eine Sensoreinheit 100 einen Sensorabschnitt 110, eine Heizelektrode 120, eine Schutzplatte (z.B. ein Schutz-Pad) 130 und eine Sensorelektrode 140 auf.
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Wenn ein Partikel (z.B. Partikelmaterial, z.B. Feinstaub) mit einer elektrischen Ladung eine (z.B. nahe) Umgebung des Sensorabschnitts passiert (bzw. sich daran vorbeibewegt, z.B. umströmt), dann erzeugt der Sensorabschnitt 110 als Reaktion darauf ein elektrisches Signal (bzw. reagiert der Sensorabschnitt 110 darauf, indem er ein elektrisches Signal erzeugt).
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Die Schutzplatte 130 ist (bzw. ist gefertigt aus) Keramikmaterial, die Heizelektrode 120 ist daran (z.B. darauf) ausgebildet, und die Heizelektrode erwärmt (bzw. beheizt) Partikel, welche an (z.B. auf) dem Sensorabschnitt 110 angeordnet sind, um sie zu beseitigen. Die Sensorelektrode 140 führt eine Funktion durch, welche ein Signal überträgt (bzw. führt eine Funktion des Übertragens eines Signals durch), welches von dem Sensorabschnitt 110 erzeugt wird.
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2 ist eine teilweise perspektivische Explosionsansicht in eine Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Heizelektrode 120 ist unter Bezugnahme auf 2 an (z.B. auf) einer Seite einer oberen Fläche der Schutzplatte 130 aus Keramikmaterial entlang (bzw. in) einer Zick-Zack-Form ausgebildet, und der Sensorabschnitt ist unter Bezugnahme auf 2 an (z.B. auf) einem zentralen Abschnitt einer oberen Fläche der Schutzplatte 130 ausgebildet. Eine Verbindungselektrode 112, welche mit der Sensorelektrode 140 verbunden ist, ist an (z.B. auf) einer hinteren Fläche (z.B. einer Unterseite) des Sensorabschnitts 110 ausgebildet.
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Da der Sensorabschnitt 110, welcher aus Silizium und Isoliermaterial hergestellt ist, in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Schutzplatte 130 verbunden (z.B. an (z.B. auf) die Schutzplatte 130 geklebt / gebondet) ist, welche ein Keramiksubstrat ist, bleibt die Funktion des Sensorabschnitts 110 erhalten und Festigkeit und Steifigkeit können erhöht werden.
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Die Leitpaste 300 ist ausgewählt unter Berücksichtigung eines Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Silizium, welches das Material des Sensorabschnitts 110 ist, und Keramik, welches das Material der Schutzplatte 130 ist, um den Sensorabschnitt 110 mit der Schutzplatte 130 zu verbinden (z.B. an (z.B auf) die Schutzplatte 130 zu bonden / zu kleben).
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Da der Sensorabschnitt 110 eine Temperatur von ungefähr 650 Grad Celsius erträgt, muss die Leitpaste 300 aus einem Legierungsmaterial mit hoher Temperaturbeständigkeit (bzw. Hitzebeständigkeit) hergestellt sein und kann eine Verbindungstechnik (z.B. Klebetechnik), wie z.B. Wende-Montage (sog. Flip-Chip-Montage), Bedrucken oder galvanisches Überziehen (sog. Electroplating), als ein Verbindungsverfahren verwendet werden.
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3 ist eine Querschnittansicht einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 3 weist der Sensorabschnitt 110 der Sensoreinheit 100 einen Sensorkörper 430, welcher an einem zentralen Abschnitt als Siliziummaterial ausgebildet ist, und einen Sensorvorsprungsabschnitt 435, welcher konvex an einer oberen Fläche davon (bzw. von dem Sensorkörper 430) ausgebildet ist, und eine Isolierschicht 420 auf, welche an einer oberen Fläche und einer unteren Fläche des Sensorkörpers 430 ausgebildet ist.
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Die Sensorelektrode 140 ist an (z.B. auf) einer oberen Fläche der Schutzplatte 130 ausgebildet, und die Heizelektrode 120 ist an (z.B. auf) einer unteren Fläche der Schutzplatte 130 ausgebildet. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Heizelektrode 120 an einer oberen Fläche der Schutzplatte 130 nahe der Sensorelektrode 140 ausgebildet.
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Der Sensorabschnitt 110 ist mit einer linke Seite (z.B. einem Abschnitt links der quer zur Längsseite der Schutzplatte 130 verlaufenden Mittellinie) einer oberen Fläche der Schutzplatte 130 verbunden (z.B. an (z.B. auf) eine linke Seite einer oberen Fläche der Schutzplatte 130 geklebt / gebondet), und die Leitpaste 300 ist zwischen dem Sensorabschnitt 110 und der Schutzplatte 130 angeordnet.
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Der Sensorkörper 430 des Sensorabschnitts 110 ist mit der Sensorelektrode 140 mittels der Verbindungselektrode 112 und der Leitpaste 300 verbunden.
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4 ist ein Vorgangsdiagramm, welches ein Herstellungsverfahren eines Sensorabschnitts zeigt, welcher an einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist.
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Bezugnehmend auf 4 wird eine Siliziumscheibe (bzw. ein Siliziumwafer) 400 in (a) gewaschen, und danach wird in (b) ein Fotoabdeckmittel (z.B. ein Fotolack) 410 an (z.B. auf) der Siliziumscheibe 400 ausgebildet und ein Ätzvorgang durchgeführt, um einen Vorsprungsabschnitt an (bzw. auf) der Scheibe (bzw. dem Wafer) auszubilden.
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Das Fotoabdeckmittel 410 wird in (c) beseitigt, und eine Isolierschicht 420 wird in (d) an einer oberen Fläche und einer unteren Fläche der Scheibe (bzw. des Wafers) ausgebildet. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Isolierschicht 420 SiO2 oder Si3O4 aufweisen.
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5 ist ein Vorgangsdiagramm, welches ein Herstellungsverfahren einer Heizelektrode zeigt, welche an einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist.
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Bezugnehmend auf 5 wird die Schutzplatte 130, welche ein Keramikmaterial ist, in (e) zum Vorbereiten gewaschen, und wird in (f) die Sensorelektrode 140 an einer oberen Fläche der Schutzplatte 130 ausgebildet und die Heizelektrode 120 an einer unteren Fläche davon (bzw. der Schutzplatte 130) ausgebildet.
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Die Leitpaste 300 wird in (g) an einer (bzw. auf eine) Seite (z.B. der linken Seite) einer oberen Fläche der Schutzplatte 130 aufgebracht (bzw. aufgetragen), und der Sensorabschnitt 110 wird in (h) mit der Leitpaste 300 verbunden (z.B. an (z.B. auf) die Leitpaste 300 geklebt / gebondet)
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Die Schutzplatte 130, als ein Keramiksubstrat, kann Si3N4, Mullit (z.B. Mullit-Keramik) oder Glas-Keramik aufweisen, und die Heizelektrode 120 kann Pt (Platin), Mo (Molybdän) oder W (Wolfram) aufweisen. Die Sensorelektrode 140 kann Pt (Platin), Mo (Molybdän) oder W (Wolfram) aufweisen.
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6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Herstellungsverfahren eines Sensorabschnitts zeigt, welcher an einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist.
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Bezugnehmend auf 6 wird in S600 eine Siliziumscheibe (bzw. ein Siliziumwafer) 400 gewaschen, wird in S610 ein Fotoabdeckmittel (z.B. ein Fotolack) 410 an (z.B. auf) einer oberen Fläche der Siliziumscheibe 400 strukturiert (z.B. in einem Muster aufgetragen), wird in S620 das Fotoabdeckmittel 410 beseitigt und wird die Isolierschicht 420 in S630 an (z.B. auf) einer oberen Fläche und einer unteren Fläche ausgebildet, um den Sensorabschnitt 110 auszubilden.
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7 ist ein Flussdiagramm, welches ein Herstellungsverfahren einer Heizelektrode zeigt, welche an einer Sensoreinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt ist.
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Bezugnehmend auf 7 wird die Schutzplatte 130, als ein Keramiksubstrat, in S700 gewaschen, werden in S710 die Heizelektrode 120 und die Sensorelektrode (das Kontakt-Pad) 140 an (z.B. auf) der Schutzplatte 130 ausgebildet, wird in S720 die Leitpaste 300 an einer (z.B. auf eine) oberen Fläche der Schutzplatte 130 aufgebracht (z.B. aufgetragen) und wird in S730 der Sensorabschnitt 110 mit der Schutzplatte 130 durch die Leitpaste 300 verbunden (z.B. wird der Sensorabschnitt 110 an (z.B. auf) die Schutzplatte 130 mittels der Leitpaste 300 geklebt / gebondet).
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Zur Erleichterung der Erklärung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „obere(r)“, „untere(r)“, „innere(r)“ und „äußere(r)“, etc. dazu verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf deren jeweiligen Positionen, wie sie den Zeichnungen gezeigt sind, zu beschreiben.
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Die vorhergehende Beschreibung von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diente dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihre praktische Anwendbarkeit zu beschreiben, um es dadurch dem Fachmann zu erlauben, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Abwandlungen davon, herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
