DE102015206702A1

DE102015206702A1 - Sensor for determining at least one parameter of a fluid flowing through a channel

Info

Publication number: DE102015206702A1
Application number: DE102015206702.5A
Authority: DE
Inventors: Edda Sommer; Uwe Konzelmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Es wird ein Sensor (10) zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums, insbesondere eines Ansaugluftmassenstroms einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen. Der Sensor (10) weist ein Sensorgehäuse (12), insbesondere einen in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühler, in dem der Kanal (22) ausgebildet ist, und mindestens einen in dem Kanal (22) angeordneten Sensorchip (42) zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums auf. Der Sensorchip (42) weist ein Rahmenelement (58) auf. Das Rahmenelement (58) weist eine erste Ausnehmung (62) und einen die erste Ausnehmung (62) zumindest teilweise begrenzenden Sensorbereich (44) auf. Das Rahmenelement (58) weist eine zweite Ausnehmung (64) auf, wobei der Sensorchip (42) im Bereich der zweiten Ausnehmung (64) mit einem festen Potenzial (68) elektrisch verbunden ist.A sensor (10) for determining at least one parameter of a fluid medium flowing through a channel, in particular an intake air mass flow of an internal combustion engine, is proposed. The sensor (10) has a sensor housing (12), in particular a plug-in sensor inserted or insertable into a flow tube, in which the channel (22) is formed, and at least one sensor chip (42) arranged in the channel (22) for determining the parameter of the fluid medium. The sensor chip (42) has a frame element (58). The frame element (58) has a first recess (62) and a sensor region (44) which at least partially delimits the first recess (62). The frame element (58) has a second recess (64), wherein the sensor chip (42) in the region of the second recess (64) is electrically connected to a fixed potential (68).

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung wenigstens einer Strömungseigenschaft fluider Medien, also von Flüssigkeiten und/oder Gasen, bekannt. Bei den Strömungseigenschaften als möglichem Parameter kann es sich dabei um beliebige physikalische und/oder chemische messbare Eigenschaften handeln, welche eine Strömung des fluiden Mediums qualifizieren oder quantifizieren. Insbesondere kann es sich dabei um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom handeln.Numerous methods and devices for determining at least one flow property of fluid media, ie of liquids and / or gases, are known from the prior art. The flow properties as a possible parameter may be any physical and / or chemical measurable properties which qualify or quantify a flow of the fluid medium. In particular, this may be a flow velocity and / or a mass flow and / or a volume flow.

Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf so genannte Heißfilmluftmassenmesser beschrieben, wie sie beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 146–148 , bekannt sind. Derartige Heißfilmluftmassenmesser basieren in der Regel auf einem Sensorchip, insbesondere einem Silizium-Sensorchip, beispielsweise mit einer Sensormembran als Messoberfläche oder Sensorbereich, welcher von dem strömenden fluiden Medium überströmbar ist. Der Sensorchip umfasst in der Regel mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorchips angeordnet sind, wobei der eine Temperaturfühler stromaufwärts des Heizelements und der andere Temperaturfühler stromabwärts des Heizelements gelagert ist. Aus einer Asymmetrie des von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturprofils, welches durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst wird, kann auf einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden.The invention will be described below in particular with reference to so-called hot-film air mass meter, as for example Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition 2010, pages 146-148 , are known. Such Heißfileinuftmassenmesser are usually based on a sensor chip, in particular a silicon sensor chip, for example, with a sensor membrane as a measuring surface or sensor area, which is overflowed by the flowing fluid medium. The sensor chip usually comprises at least one heating element and at least two temperature sensors, which are arranged for example on the measuring surface of the sensor chip, wherein the one temperature sensor is mounted upstream of the heating element and the other temperature sensor downstream of the heating element. From an asymmetry of the temperature profile detected by the temperature sensors, which is influenced by the flow of the fluid medium, it is possible to deduce a mass flow and / or volume flow of the fluid medium.

Heißfilmluftmassenmesser sind üblicherweise als Steckfühler ausgestaltet, welcher fest oder austauschbar in ein Strömungsrohr einbringbar ist. Beispielsweise kann es sich bei diesem Strömungsrohr um einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine handeln.Heißfileinuftmassenmesser are usually designed as plug-in sensor, which is fixed or interchangeable introduced into a flow tube. For example, this flow tube may be an intake tract of an internal combustion engine.

Dabei durchströmt ein Teilstrom des Mediums wenigstens einen in dem Heißfilmluftmassenmesser vorgesehen Hauptkanal. Zwischen dem Einlass und dem Auslass des Hauptkanals ist ein Bypasskanal ausgebildet. Insbesondere ist der Bypasskanal derart ausgebildet, dass er einen gekrümmten Abschnitt zur Umlenkung des durch den Einlass des Hauptkanals eingetretenen Teilstroms des Mediums aufweist, wobei der gekrümmte Abschnitt im weiteren Verlauf in einen Abschnitt übergeht, in welchem der Sensorchip angeordnet ist. Der zuletzt genannte Abschnitt stellt den eigentlichen Messkanal dar, in dem der Sensorchip angeordnet ist.In this case, a partial flow of the medium flows through at least one main channel provided in the hot-film air mass meter. Between the inlet and the outlet of the main channel, a bypass channel is formed. In particular, the bypass channel is designed such that it has a curved section for deflecting the partial flow of the medium that has entered through the inlet of the main channel, wherein the curved section in the further course merges into a section in which the sensor chip is arranged. The latter section represents the actual measuring channel in which the sensor chip is arranged.

Bei herkömmlichen Heißfilmluftmassenmessern der beschriebenen Art ragt in der Regel ein Sensorträger mit einem darauf angebrachten oder eingebrachten Sensorchip in den Messkanal hinein. Beispielsweise kann der Sensorchip in den Sensorträger eingeklebt oder auf diesen aufgeklebt sein. Der Sensorträger kann beispielsweise mit einem Bodenblech aus Metall, auf welchem auch eine Elektronik, eine Ansteuer- und Auswerteschaltung (beispielsweise mit einem Schaltungsträger, insbesondere einer Leiterplatte) aufgeklebt sein kann, eine Einheit bilden. Beispielsweise kann der Sensorträger als angespritztes Kunststoffteil eines Elektronikmoduls ausgestaltet sein. Der Sensorchip und die Ansteuer- und Auswerteschaltung können beispielsweise durch Bondverbindungen miteinander verbunden werden. Das derart entstandene Elektronikmodul kann beispielsweise in ein Sensorgehäuse eingeklebt werden und der gesamte Steckfühler kann mit Deckeln verschlossen werden.In conventional hot-film air mass meters of the type described, a sensor carrier with a sensor chip mounted or inserted thereon usually protrudes into the measuring channel. For example, the sensor chip can be glued into the sensor carrier or adhesively bonded thereto. The sensor carrier can form a unit, for example, with a base plate made of metal, on which also electronics, a drive and evaluation circuit (for example with a circuit carrier, in particular a printed circuit board) can be glued. For example, the sensor carrier can be designed as a molded plastic part of an electronic module. The sensor chip and the drive and evaluation circuit can be connected to one another, for example, by bond connections. The resulting electronic module can be glued, for example, in a sensor housing and the entire plug-in sensor can be closed with lids.

Derartige Heißfilmluftmassenmesser müssen in der Praxis einer Vielzahl von Anforderungen genügen. Neben dem Ziel, einen Druckabfall an dem Heißfilmluftmassenmesser insgesamt durch geeignete strömungstechnische Ausgestaltungen zu verringern, besteht eine der hauptsächlichen Herausforderungen darin, die Signalqualität sowie die Robustheit der Vorrichtungen gegenüber Kontamination durch Öl- und Wassertöpfchen sowie Ruß-, Staub- und sonstigen Festkörperpartikeln weiter zu verbessern. Diese Signalqualität bezieht sich beispielsweise auf einen Massenstrom des Mediums durch den zu dem Sensorchip führenden Messkanal sowie gegebenenfalls auf die Verminderung einer Signaldrift und die Verbesserung des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses. Die Signaldrift bezieht sich dabei auf die Abweichung beispielsweise des Massenstroms des Mediums im Sinne einer Veränderung der Kennlinien-Beziehung zwischen dem tatsächlich auftretenden Massenstrom und dem im Rahmen der Kalibrierung bei der Fertigung ermittelten auszugebenden Signal. Bei der Ermittlung des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses werden die in schneller zeitlicher Folge ausgegebenen Sensorsignale betrachtet, wohingegen sich die Kennlinien- oder Signaldrift auf eine Veränderung des Mittelwertes bezieht.Such Heißfileinuftmassenmesser must meet in practice a variety of requirements. In addition to the goal of reducing overall pressure drop across the hot film air mass meter through suitable fluidic designs, one of the main challenges is to further improve the signal quality and robustness of the devices against contamination by oil and water droplets and soot, dust and other solid particles , This signal quality relates, for example, to a mass flow of the medium through the measuring channel leading to the sensor chip and, if appropriate, to the reduction of signal drift and the improvement of the signal-to-noise ratio. The signal drift refers to the deviation, for example, of the mass flow of the medium in the sense of a change in the characteristic relationship between the mass flow actually occurring and the signal to be output determined during the calibration during production. When determining the signal-to-noise ratio, the sensor signals output in rapid succession are considered, whereas the characteristic or signal drift refers to a change in the mean value.

Die DE 10 2010 020 264 A1 beschreibt einen Luftmassenmesser, dessen gesamtes Gehäuse aus Kunststoff besteht und bei dem ein Teil des Strömungskanals elektrostatisch dissipative Eigenschaften aufweist.The DE 10 2010 020 264 A1 describes an air mass meter whose entire housing consists of plastic and in which a part of the flow channel has electrostatically dissipative properties.

Die WO 02/084226 A1 beschreibt einen Sensorchip, der zumindest strömungsaufwärts eines Sensorbereichs zumindest eine Potenzialfläche aufweist, die durch elektrische Wechselwirkung mit den Verschmutzungen im strömenden Medium, eine Abscheidung im Sensorbereich verhindert.The WO 02/084226 A1 describes a sensor chip which, at least upstream of a sensor region, has at least one potential surface which, by electrical interaction with the contaminants in the flowing medium, prevents deposition in the sensor region.

Die WO 02/073140 A2 beschreibt einen Sensorchip mit einem Zusatzheizer, der strömungsaufwärts und in einem deutlichen Abstand von einem Sensorbereich angeordnet ist. The WO 02/073140 A2 describes a sensor chip with an auxiliary heater, which is arranged upstream and at a significant distance from a sensor area.

Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Vermeidung der Verschmutzung des Sensorelements durch beispielsweise Staubpartikel beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So werden auf den Sensorchip auftreffende Partikel, die eine elektrische Ladung tragen, nur unzureichend vom Sensorchip abgehalten.Despite the numerous advantages of the methods known from the prior art for avoiding contamination of the sensor element by, for example, dust particles, these still contain room for improvement. Thus, particles that carry an electrical charge on the sensor chip are insufficiently prevented from being hit by the sensor chip.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird daher ein Sensor zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welcher die Nachteile bekannter Verfahren und Strategien zumindest weitgehend vermeiden kann und bei dem eine verbesserte Funktion dadurch gewährleistet werden kann, dass elektrische Störfelder weitestgehend abgeschirmt werden, damit eine Beschleunigung geladener Teilchen im Reinluftkanal und dort insbesondere im Bypasskanal oberhalb des Sensorchips in Richtung Sensorchip und ein nachfolgendes Anhaften dieser Partikel vermieden wird.Therefore, a sensor is proposed for determining at least one parameter of a fluid medium flowing through a channel, which can at least largely avoid the disadvantages of known methods and strategies and in which an improved function can be ensured by shielding electrical interference fields as far as possible Acceleration of charged particles in the clean air duct and there especially in the bypass channel above the sensor chip in the direction of the sensor chip and subsequent adhesion of these particles is avoided.

Ein erfindungsgemäßer Sensor zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums, insbesondere eines Ansaugluftmassenstroms einer Brennkraftmaschine, weist ein Sensorgehäuse, insbesondere einen in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühler, in dem der Kanal ausgebildet ist, und mindestens einen in dem Kanal angeordneten Sensorchip zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums auf. Der Sensorchip weist ein Rahmenelement auf. Das Rahmenelement weist eine erste Ausnehmung und eine die Ausnehmung zumindest teilweise begrenzenden Sensorbereich auf. Das Rahmenelement weist eine zweite Ausnehmung auf, wobei der Sensorchip im Bereich der zweiten Ausnehmung mit einem festen Potenzial elektrisch verbunden ist.A sensor according to the invention for determining at least one parameter of a fluid flowing through a channel, in particular an intake air mass flow of an internal combustion engine, has a sensor housing, in particular a plug-in sensor inserted or insertable into a flow tube, in which the channel is formed, and at least one arranged in the channel Sensor chip for determining the parameter of the fluid medium. The sensor chip has a frame element. The frame element has a first recess and a sensor region which at least partially delimits the recess. The frame element has a second recess, wherein the sensor chip in the region of the second recess is electrically connected to a fixed potential.

Unter einer elektrischen Verbindung im Bereich der zweiten Ausnehmung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine elektrische Kontaktierung mit der zweiten Ausnehmung zu verstehen. Die elektrische Kontaktierung ist dabei auf ein festes elektrisches Potenzial bezogen.In the context of the present invention, an electrical connection in the region of the second recess is to be understood as an electrical contacting with the second recess. The electrical contact is related to a fixed electrical potential.

Die zweite Ausnehmung kann kleiner als die erste Ausnehmung sein. Der Sensorchip kann zumindest teilweise aus einem Halbleitermaterial hergestellt sein. Das Rahmenelement kann von einem Kern und mindestens einer Schicht gebildet sein, wobei die Schicht auf dem Kern angeordnet sein kann und aus einem dielektrischen Material hergestellt sein kann, wobei der Sensorbereich ein Abschnitt der Schicht sein kann, der oberhalb der ersten Ausnehmung angeordnet ist. Der Sensorchip kann auf einem Sensorträger angeordnet sein, wobei der Sensorträger zumindest teilweise elektrisch leitfähige Eigenschaften aufweisen kann, wobei der Sensorchip im Bereich der zweiten Ausnehmung mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs mit dem Sensorträger verbunden ist. Der Sensorträger kann zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein. Unter elektrisch leitfähigen Eigenschaften ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass das jeweilige Bauteil zum Leiten elektrischer Ladungen ausgebildet ist. Dies kann dadurch realisiert sein, dass an oder in dem Bauteil elektrische leitfähige Bauteile, wie beispielsweise elektrische Leitungen angeordnet sind. Bevorzugt wird die elektrische Leitfähigkeit durch das Material des Bauteils realisiert. Beispielsweise ist der Sensorträger zumindest teilweise aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Dies bedeutet, dass der Sensorträger aus einem einzigen Material oder aus mehreren Materialien, die sich unterscheiden können, hergestellt sein kann. Beispielsweise ist der Sensorträger aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff hergestellt. Alternativ sind verschiedene Materialien für den Sensorträger denkbar. Beispielsweise kann der Sensorträger aus Einkomponenten- oder Zweikomponentenmaterialien hergestellt sein. Dadurch lässt sich der Sensorträger mittels eines Spritzgussverfahrens herstellen. Das Spritzgussverfahren kann dabei so ausgelegt werden, dass in unterschiedlichen Bereichen des Sensorträgers unterschiedliche Materialien bzw. Komponenten, also beispielsweise leitfähige und nicht leitfähige Komponenten, vorhanden sein können. Insbesondere können Faser-Matrix-, Kugel-Matrix-Verbunde oder andere Faserverbundstoffe im Einkomponenten- oder Zweikomponentenverfahren gespritzt werden. Die Leitfähigkeit des Sensorträgers lässt sich in ausreichender Form beispielsweise mittels eines Kunststoffspritzgussverfahrens realisieren, bei dem wenigstens 5%, günstigstenfalls jedoch mehr Kohlenstofffaseranteile verwendet werden. Der elektrisch leitfähige Kunststoff kann mindestens ein Element umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: leitfähige Polymere, leitfähige Fasern, Leitruß und leitfähige Beschichtung. Diese Elemente können beispielsweise in den Kunststoff integriert sein. Kunststoff mit leitfähigen Bestandteilen, wie beispielsweise Polymeren, Fasern und/oder Leitruß sind kostengünstig und leicht in diesen integrierbar. Als leitfähige Fasern im Kunststoff eignen sich beispielsweise Kohle- oder Metallpartikel.The second recess may be smaller than the first recess. The sensor chip may be at least partially made of a semiconductor material. The frame member may be formed of a core and at least one layer, wherein the layer may be disposed on the core and may be made of a dielectric material, wherein the sensor region may be a portion of the layer disposed above the first recess. The sensor chip may be arranged on a sensor carrier, wherein the sensor carrier may have at least partially electrically conductive properties, wherein the sensor chip is connected in the region of the second recess by means of an electrically conductive adhesive to the sensor carrier. The sensor carrier may be at least partially made of an electrically conductive material. In the context of the present invention, electrically conductive properties are understood to mean that the respective component is designed to conduct electrical charges. This can be realized by arranging electrically conductive components, such as electrical lines, on or in the component. Preferably, the electrical conductivity is realized by the material of the component. For example, the sensor carrier is at least partially made of at least one electrically conductive material. This means that the sensor carrier can be made of a single material or of several materials that may differ. For example, the sensor carrier is made of an electrically conductive plastic. Alternatively, different materials for the sensor carrier are conceivable. For example, the sensor carrier can be made of one-component or two-component materials. As a result, the sensor carrier can be produced by means of an injection molding process. The injection molding process can be designed so that different materials or components, ie, for example, conductive and non-conductive components, may be present in different regions of the sensor carrier. In particular, fiber-matrix, ball-matrix composites or other fiber composites can be sprayed in the one-component or two-component process. The conductivity of the sensor carrier can be realized in sufficient form, for example by means of a plastic injection molding process in which at least 5%, but at best more carbon fiber components are used. The electrically conductive plastic may include at least one member selected from the group consisting of conductive polymers, conductive fibers, conductive carbon black and conductive coating. These elements can be integrated, for example, in the plastic. Plastic with conductive components, such as polymers, fibers and / or Leitruß are inexpensive and easy to integrate into this. As conductive fibers in the plastic, for example, coal or metal particles are.

Die zweite Ausnehmung kann mittels eines fotolithografischen Verfahrens hergestellt sein. Die zweite Ausnehmung kann eine Querschnittsfläche von 25 μm² bis 1000 μm² aufweisen.The second recess may be made by a photolithographic process. The second recess may have a cross-sectional area of 25 μm ² to 1000 μm ² .

Unter der Querschnittsfläche der zweiten Ausnehmung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Fläche der Ausnehmung senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung, in der sich die Ausnehmung in das Rahmenteil erstreckt, zu verstehen. In the context of the present invention, a cross-sectional area of the second recess is to be understood as meaning a surface of the recess perpendicular to its direction of extension, in which the recess extends into the frame part.

Das feste Potenzial kann eine Sensormasse sein.The fixed potential may be a sensor ground.

Unter der Hauptströmungsrichtung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die lokale Strömungsrichtung des fluiden Mediums am Ort des Sensors bzw. der Sensoranordnung zu verstehen, wobei beispielsweise lokale Unregelmäßigkeiten, wie z. B. Turbulenzen unberücksichtigt bleiben können. Insbesondere kann unter der Hauptströmungsrichtung somit die lokale gemittelte Transportrichtung des strömenden fluiden Mediums am Ort der Sensoranordnung verstanden werden. Dabei bezieht sich die gemittelte Transportrichtung auf eine Transportrichtung, in der das fluide Medium im zeitlichen Mittel überwiegend strömt.In the context of the present invention, the main flow direction is to be understood as meaning the local flow direction of the fluid medium at the location of the sensor or the sensor arrangement, for example local irregularities, such as, for example, B. turbulence can be disregarded. In particular, the main mean direction of flow can thus be understood to be the local average transport direction of the flowing fluid medium at the location of the sensor arrangement. In this case, the averaged transport direction refers to a transport direction in which the fluid medium predominantly flows in the time average.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Sensorträger ganz oder teilweise als Schaltungsträger, insbesondere als Leiterplatte, ausgestaltet sein oder Teil eines Schaltungsträgers, insbesondere einer Leiterplatte, sein. Beispielsweise kann der Schaltungsträger, insbesondere die Leiterplatte, einen Fortsatz aufweisen, welcher den Sensorträger bildet und welcher in den Kanal, beispielsweise den Messkanal eines Heißfilmluftmassenmessers, hineinragt. Der übrige Teil des Schaltungsträgers, insbesondere der Leiterplatte, kann beispielsweise in einem Elektronikraum, in einem Gehäuse der Sensoranordnung oder eines Steckfühlers der Sensoranordnung untergebracht sein.In the context of the present invention, the sensor carrier may be wholly or partly designed as a circuit carrier, in particular as a printed circuit board, or be part of a circuit carrier, in particular a printed circuit board. For example, the circuit carrier, in particular the printed circuit board, have an extension which forms the sensor carrier and which projects into the channel, for example the measuring channel of a hot-film air mass meter. The remaining part of the circuit carrier, in particular the printed circuit board, can be accommodated for example in an electronics compartment, in a housing of the sensor arrangement or a plug-in sensor of the sensor arrangement.

Unter einer Leiterplatte ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein im Wesentlichen plattenförmiges Element zu verstehen, welches auch als Träger elektronischer Strukturen, wie beispielsweise Leiterbahnen, Anschlusskontakte oder Ähnliches, genutzt werden kann und vorzugsweise auch eine oder mehrere derartiger Strukturen aufweist. Grundsätzlich kommen dabei auch zumindest leichte Abweichungen von der Plattenform in Betracht und sollen begrifflich mit erfasst sein. Die Leiterplatte kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial und/oder einem Keramikmaterial hergestellt sein, beispielsweise einem Epoxidharz, insbesondere einem faserverstärkten Epoxidharz. Insbesondere kann die Leiterplatte beispielsweise als Leiterplatte mit Leiterbahnen, insbesondere aufgedruckten Leiterbahnen (printed circuit board, PCB), ausgestaltet sein.In the context of the present invention, a printed circuit board is generally understood to be a substantially plate-shaped element which can also be used as a carrier for electronic structures, such as strip conductors, connection contacts or the like, and preferably also has one or more such structures. In principle, at least slight deviations from the plate shape come into consideration and should be covered conceptually. The printed circuit board can be made, for example, from a plastic material and / or a ceramic material, for example an epoxy resin, in particular a fiber-reinforced epoxy resin. In particular, the printed circuit board, for example, as a printed circuit board with printed conductors, in particular printed printed circuit board (PCB), be designed.

Auf diese Weise lässt sich das Elektronikmodul der Sensoranordnung stark vereinfachen und es lässt sich beispielsweise auf ein Bodenblech und einen separaten Sensorträger verzichten. Bodenblech und Sensorträger können durch eine einzige Leiterplatte ersetzt werden, auf welcher beispielsweise auch eine Ansteuer- und Auswerteschaltung der Sensoranordnung ganz oder teilweise angeordnet sein kann. Diese Ansteuer- und Auswerteschaltung der Sensoranordnung dient der Ansteuerung des mindestens einen Sensorchips und/oder der Auswertung der von diesem Sensorchip generierten Signale. Auf diese Weise lässt sich durch Zusammenfassung der genannten Elemente der Herstellaufwand der Sensoranordnung erheblich vermindern und der Bauraumbedarf für das Elektronikmodul stark verringern.In this way, the electronic module of the sensor arrangement can be greatly simplified and it is possible, for example, to dispense with a base plate and a separate sensor carrier. Bottom plate and sensor carrier can be replaced by a single circuit board on which, for example, a drive and evaluation circuit of the sensor arrangement can be arranged wholly or partially. This control and evaluation circuit of the sensor arrangement is used to control the at least one sensor chip and / or the evaluation of the signals generated by this sensor chip. In this way, the production costs of the sensor arrangement can be considerably reduced by combining the elements mentioned, and the space required for the electronic module can be greatly reduced.

Der Sensor kann insbesondere mindestens ein Gehäuse aufweisen, wobei der Kanal in dem Gehäuse bzw. im Gehäusedeckel ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Kanal einen Hauptkanal und einen Bypasskanal bzw. Messkanal umfassen, wobei der Sensorträger und der Sensorchip beispielsweise in dem Bypass- bzw. Messkanal angeordnet sein können. Weiterhin kann das Gehäuse einen von dem Bypasskanal getrennten Elektronikraum aufweisen, wobei das Elektronikmodul oder die Leiterplatte im Wesentlichen in dem Elektronikraum aufgenommen ist. Der Sensorträger kann dann als ein in den Kanal hineinragender Fortsatz der Leiterplatte ausgebildet sein. Diese Anordnung ist technisch vergleichsweise einfach zu realisieren, im Gegensatz zu den aufwändigen Elektronikmodulen, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind.The sensor may in particular comprise at least one housing, wherein the channel is formed in the housing or in the housing cover. For example, the channel may comprise a main channel and a bypass channel or measuring channel, wherein the sensor carrier and the sensor chip may be arranged, for example, in the bypass or measuring channel. Furthermore, the housing may have an electronics compartment separate from the bypass channel, wherein the electronic module or the printed circuit board is accommodated substantially in the electronics compartment. The sensor carrier can then be designed as a protruding into the channel extension of the circuit board. This arrangement is technically relatively easy to implement, in contrast to the complex electronic modules, which are known from the prior art.

Insbesondere in dem Fall, in welchem eine Leiterplatte als Sensorträger verwendet wird, jedoch auch in anderen Fällen und/oder unter Verwendung anderer Medien als Sensorträger, kann der Sensorträger zumindest teilweise als mehrschichtiger Sensorträger ausgestaltet sein. So kann der Sensorträger in einer so genannten Multilayer-Technik ausgestaltet sein und zwei oder mehrere miteinander verbundene Trägerschichten aufweisen. Beispielsweise können diese Trägerschichten wiederum aus einem Metall, einem Kunststoff oder einem Keramikmaterial oder einem Verbundmaterial hergestellt sein und durch Verbindungstechniken, wie z. B. Kleben, miteinander verbunden sein.In particular, in the case where a circuit board is used as a sensor carrier, but also in other cases and / or using other media as a sensor carrier, the sensor carrier may be at least partially designed as a multilayer sensor carrier. Thus, the sensor carrier can be configured in a so-called multi-layer technique and have two or more interconnected carrier layers. For example, these carrier layers may in turn be made of a metal, a plastic or a ceramic material or a composite material and by joining techniques, such as. B. gluing, be interconnected.

In diesem Fall, in welchem eine Multilayer-Technik verwendet wird mit mehreren Sensorschichten des Sensorträgers, kann die Anströmkante durch eine unterschiedliche Dimensionierung der Trägerschichten entgegen der Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums zumindest teilweise gestuft ausgeführt sein. Auf diese Weise lassen sich die Profile zumindest gestuft angenähert realisieren. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise rechteckig geformte oder – angenähert durch eine Stufenform – zumindest näherungsweise rund-, abgerundete oder keilförmig geformte Profile in einer Schnittebene senkrecht zur Erstreckungsebene des Sensorträgers ausbilden. Der Sensorchip kann auf bzw. in dem Sensorträger derart angeordnet sein, dass dieser senkrecht zur lokalen Hauptströmungsrichtung ausgerichtet ist. Beispielsweise kann der Sensorchip rechteckig ausgestaltet sein, wobei eine Seite dieses Rechtecks senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht, beispielsweise mit einer Ausrichtung, welche um nicht mehr als 10 Grad von der Senkrechten abweicht, zur lokalen Hauptströmungsrichtung angeordnet ist.In this case, in which a multilayer technology is used with a plurality of sensor layers of the sensor carrier, the leading edge can be carried out by a different dimensioning of the carrier layers against the main flow direction of the fluid medium at least partially stepped. In this way, the profiles can be realized at least step-by-step approximated. For example, can be in this way rectangular shaped or - approximately by a step shape - at least approximately round, rounded or wedge-shaped profiles in a sectional plane form perpendicular to the plane of extension of the sensor carrier. The sensor chip can be arranged on or in the sensor carrier such that it is aligned perpendicular to the local main flow direction. For example, the sensor chip can be designed rectangular, wherein one side of this rectangle is perpendicular or substantially perpendicular, for example, with an orientation which does not deviate by more than 10 degrees from the vertical to the local main flow direction.

Der Sensorchip kann über mindestens eine elektrische Verbindung elektrisch kontaktiert werden. Beispielsweise kann der Sensorträger, insbesondere eine den Sensorträger bildende Leiterplatte oder ein Fortsatz dieser Leiterplatte, einen oder mehrere Leiterbahnen und/oder Kontaktpads aufweisen, welche mit entsprechenden Kontakten auf dem Sensorchip beispielsweise durch ein Bondingverfahren verbunden sind. In diesem Fall kann die elektrische Verbindung durch mindestens eine Abdeckung geschützt und von dem fluiden Medium getrennt werden. Diese Abdeckung kann insbesondere als so genannter Glob-Top ausgestaltet sein, beispielsweise als Kunststofftropfen und/oder Klebstofftropfen, welcher die elektrische Verbindung, beispielsweise die Bonddrähte abdeckt. Auf diese Weise lassen sich insbesondere auch Beeinflussungen der Strömung durch die elektrische Verbindung vermindern, da der Glob-Top eine glatte Oberfläche aufweist.The sensor chip can be electrically contacted via at least one electrical connection. By way of example, the sensor carrier, in particular a printed circuit board forming the sensor carrier or an extension of this printed circuit board, can have one or more printed conductors and / or contact pads, which are connected to corresponding contacts on the sensor chip, for example by a bonding method. In this case, the electrical connection can be protected by at least one cover and separated from the fluid medium. This cover may in particular be designed as a so-called glob-top, for example as a plastic drop and / or adhesive drops, which covers the electrical connection, for example, the bonding wires. In this way, in particular influences of the flow through the electrical connection can be reduced, since the glob top has a smooth surface.

Ferner kann der Sensorchip mindestens einen Sensorbereich aufweisen. Dieser Sensorbereich kann beispielsweise eine Sensoroberfläche aus beispielsweise einem porösen, keramischen Material und/oder insbesondere eine Sensormembran sein. Die Sensormembran als Messoberfläche oder Sensorbereich kann von dem strömenden fluiden Medium überströmbar sein. Der Sensorchip umfasst beispielsweise mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorchips angeordnet sind, wobei ein Temperaturfühler stromaufwärts des Heizelements und der andere Temperaturfühler stromabwärts des Heizelements gelagert ist. Aus einer Asymmetrie des von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturprofils, welches durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst wird, kann auf einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden.Furthermore, the sensor chip can have at least one sensor area. This sensor region can be, for example, a sensor surface of, for example, a porous, ceramic material and / or in particular a sensor membrane. The sensor membrane as measuring surface or sensor region can be overflowed by the flowing fluid medium. The sensor chip comprises, for example, at least one heating element and at least two temperature sensors, which are arranged for example on the measuring surface of the sensor chip, wherein a temperature sensor is mounted upstream of the heating element and the other temperature sensor downstream of the heating element. From an asymmetry of the temperature profile detected by the temperature sensors, which is influenced by the flow of the fluid medium, it is possible to deduce a mass flow and / or volume flow of the fluid medium.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung basiert auf der Tatsache, dass bei bekannten Sensorchips in das Rahmenteil eine erste Ausnehmung in Form einer Kaverne eingebracht wird, wie beispielsweise mittels eines anisotropen Ätzprozesses mit KOH, und eine zweite Ausnehmung, wie beispielsweise mittels eines fotolithografischen Prozesses an einer anderen Stelle des Rahmenteils vorgesehen wird, wobei der so geschaffene Zugang zum Kern des Rahmenteils mit einem festen Potenzial elektrisch verbunden wird.A basic idea of the present invention is based on the fact that with known sensor chips in the frame part a first recess in the form of a cavern is introduced, such as by means of an anisotropic etching process with KOH, and a second recess, such as by means of a photolithographic process at another Position of the frame part is provided, wherein the thus created access to the core of the frame part is electrically connected to a fixed potential.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.

Es zeigen: Show it:

1 eine perspektivische Ansicht eines Sensors, 1 a perspective view of a sensor,

2 eine vergrößerte Ansicht eines Elektronikmoduls des Sensors und 2 an enlarged view of an electronic module of the sensor and

3 eine Querschnittsansicht eines Sensorchips. 3 a cross-sectional view of a sensor chip.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen der ErfindungDetailed description of the embodiments of the invention

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Sensoranordnung 10 zur Bestimmung eines Parameters eines fluiden Mediums. Die Sensoranordnung 10 ist als Heißfilmluftmassenmesser ausgestaltet und umfasst ein als Steckfühler ausgebildetes Sensorgehäuse 12, welches beispielsweise in ein Strömungsrohr, insbesondere einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, eingesteckt werden kann. Das Sensorgehäuse 12 weist einen Gehäusekörper 14, einen Messkanaldeckel 16, einen Elektronikraum 18 sowie einen Elektronikraumdeckel 20 zum Verschließen des Elektronikraums 18 auf. In dem Gehäusekörper 16 ist eine Kanalstruktur 22 ausgebildet. Die Kanalstruktur 22 weist einen Hauptkanal 24 auf, welcher in einem Hauptstromauslass 26 beispielsweise auf der Unterseite 30 bezogen auf die Darstellung in 1 des Sensorgehäuses 12 mündet, sowie einen von dem Hauptkanal 24 abzweigenden Bypass- bzw. Messkanal 30, welcher in einen Bypass- oder Messkanalauslass 32 mündet, der separat oder aber integriert ausgeführt sein kann. Durch die Kanalstruktur 22 kann über eine Einlassöffnung 34, die im eingesetzten Zustand einer Hauptströmungsrichtung 36 des fluiden Mediums am Ort des Sensorgehäuses 12 entgegenweist, eine repräsentative Menge des fluiden Mediums strömen. 1 shows a perspective view of a sensor arrangement 10 for determining a parameter of a fluid medium. The sensor arrangement 10 is designed as a hot-film air mass meter and includes a sensor housing designed as a plug-in sensor 12 which can be plugged, for example, into a flow tube, in particular an intake tract of an internal combustion engine. The sensor housing 12 has a housing body 14 , a measuring channel cover 16 , an electronics room 18 and an electronics compartment lid 20 for closing the electronics compartment 18 on. In the housing body 16 is a channel structure 22 educated. The channel structure 22 has a main channel 24 which is in a main flow outlet 26 for example on the bottom 30 referring to the illustration in 1 of the sensor housing 12 and one from the main channel 24 branching bypass or measuring channel 30 , which in a bypass or Meßkanalauslass 32 opens, which can be carried out separately or integrated. Through the channel structure 22 can have an inlet opening 34 in the inserted state of a main flow direction 36 of the fluid medium at the location of the sensor housing 12 counter, flowing a representative amount of the fluid medium.

2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Elektronikmoduls 38 der Sensoranordnung 10. In einem eingesetzten Zustand des Elektronikmoduls 38 ragt ein Sensorträger 40 in den Messkanal 30. In diesen Sensorträger 40 ist ein Sensorchip 42 derart eingelassen, dass eine als Sensorbereich 44 des Sensorchips 42 ausgebildete mikromechanische Sensormembran von dem fluiden Medium überströmbar ist. Der Sensorträger 40 ist mit dem Sensorchip 42 Bestandteil des Elektronikmoduls 38. Das Elektronikmodul 38 weist weiter ein gebogenes Bodenblech 46 sowie eine darauf angebrachte, beispielsweise aufgeklebte Leiterplatte 48 mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung 50 auf. 2 shows an enlarged view of an electronic module 38 the sensor arrangement 10 , In an inserted state of the electronic module 38 a sensor carrier protrudes 40 into the measuring channel 30 , In this sensor carrier 40 is a sensor chip 42 inserted so that one as a sensor area 44 of the sensor chip 42 formed micromechanical sensor membrane of the fluid medium can be overflowed. The sensor carrier 40 is with the sensor chip 42 Component of the electronic module 38 , The electronics module 38 further shows a curved bottom plate 46 and a mounted thereon, for example, glued circuit board 48 with a control and evaluation circuit 50 on.

Der Sensorchip 42 ist mit der Ansteuer- und Auswerteschaltung 50 über elektrische Verbindungen 52, welche hier als Drahtbonding ausgestaltet sind, elektrisch verbunden. Das derart entstandene Elektronikmodul 38 wird in den Elektronikraum 18 des Gehäusekörpers 14 – seinerseits fester Bestandteil des Sensorgehäuses 12 – eingebracht, beispielsweise eingeklebt. Dabei ragt der Sensorträger 40 in die Kanalstruktur 22 hinein. Anschließend wird der Elektronikraum 18 von dem Elektronikraumdeckel 20 verschlossen.The sensor chip 42 is with the control and evaluation circuit 50 via electrical connections 52 , which are designed here as wire bonding, electrically connected. The resulting electronic module 38 will be in the electronics room 18 of the housing body 14 - In turn, an integral part of the sensor housing 12 - introduced, for example, glued. The sensor carrier protrudes 40 into the canal structure 22 into it. Subsequently, the electronics room 18 from the electronics compartment lid 20 locked.

3 zeigt eine Querschnittsansicht des Sensorchips 42. Der Sensorchip 42 weist ein Rahmenelement 54 auf. Das Rahmenelement 54 ist von einem Kern 56 und mindestens einer Schicht 58 gebildet, die auf dem Kern 56 angeordnet und aus einem dielektrischen Material hergestellt ist, wie beispielsweise Siliziumdioxid. Beispielsweise ist die Schicht 58 beidseitig auf dem Kern 56 angeordnet. Optional kann die Schicht 58 von einer Schutzschicht 60 bedeckt sein. Der Sensorchip 42 ist zumindest teilweise aus einem Halbleitermaterial hergestellt. Beispielsweise ist der Kern 56 aus Silizium hergestellt. 3 shows a cross-sectional view of the sensor chip 42 , The sensor chip 42 has a frame element 54 on. The frame element 54 is from a core 56 and at least one layer 58 formed on the core 56 arranged and made of a dielectric material, such as silicon dioxide. For example, the layer 58 on both sides on the core 56 arranged. Optionally, the layer 58 from a protective layer 60 be covered. The sensor chip 42 is at least partially made of a semiconductor material. For example, the core 56 made of silicon.

Das Rahmenelement 54 weist eine erste Ausnehmung 62 in Form einer Kaverne auf. Die erste Ausnehmung 62 ist zumindest teilweise von dem Sensorbereich 44 begrenzt. Die erste Ausnehmung 54 kann mittels eines anisotropen Ätzprozesses mit KOH in das Rahmenelement 54 eingebracht sein. Wie in 3 gezeigt ist, ist der Sensorbereich 44 ein Abschnitt der Schicht 58, der oberhalb der ersten Ausnehmung 62 angeordnet ist. Das Rahmenelement 54 weist weiterhin eine zweite Ausnehmung 64 auf. Die zweite Ausnehmung 64 ist neben der ersten Ausnehmung 62 ausgebildet. Die zweite Ausnehmung ist kontaktierbar, insbesondere elektrisch kontaktierbar. Die zweite Ausnehmung 64 ist kleiner als die erste Ausnehmung 62. Die zweite Ausnehmung 64 weist eine Querschnittsfläche 66 von 25 μm² bis 1000 μm² auf, wie beispielsweise nicht mehr als 900 μm². Die zweite Ausnehmung 64 ist mittels eines fotolithografischen Verfahrens hergestellt. Daher ist die zweit Ausnehmung 64 nicht von der Schutzschicht 60 bedeckt. Derartige kleine Öffnungen im Bereich der Schicht 58 und der optionalen Schutzschicht 60 veröden bei einem Ätzprozess mit KOH selbst und bilden eine kegelförmige oder pyramidenförmige Vertiefung im Kern 56 aus.The frame element 54 has a first recess 62 in the form of a cavern. The first recess 62 is at least partially from the sensor area 44 limited. The first recess 54 can by means of an anisotropic etching process with KOH in the frame element 54 be introduced. As in 3 is shown is the sensor area 44 a section of the layer 58 , which is above the first recess 62 is arranged. The frame element 54 also has a second recess 64 on. The second recess 64 is next to the first recess 62 educated. The second recess can be contacted, in particular electrically contacted. The second recess 64 is smaller than the first recess 62 , The second recess 64 has a cross-sectional area 66 from 25 μm ² to 1000 μm ² , such as not more than 900 μm ² . The second recess 64 is produced by a photolithographic process. Therefore, the second recess 64 not from the protective layer 60 covered. Such small openings in the region of the layer 58 and the optional protective layer 60 soil in an etching process with KOH itself and form a conical or pyramidal depression in the core 56 out.

Im Bereich der zweiten Ausnehmung 64 ist der Sensorchip 42 mit einem festen Potenzial 68 elektrisch verbunden. Bevorzugt ist das feste Potenzial eine Sensormasse. Die elektrische Verbindung kann beispielsweise in der nachstehen beschriebenen Weise realisiert sein. Wie oben erwähnt, ist der Sensorchip 42 auf dem Sensorträger 40 angeordnet. Der Sensorträger 40 weist zumindest teilweise elektrisch leitfähige Eigenschaften auf. Beispielsweise ist der Sensorträger 40 zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Der Sensorträger 40 ist beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff hergestellt. Der Sensorchip 42 ist im Bereich der zweiten Ausnehmung 64 mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs 70 (2) mit dem Sensorträger 40 verbunden. Der Sensorträger 40 ist wiederum wie oben beschrieben mit dem Bodenblech 46 verbunden, das wiederum mit einem Masse-Pin der aufgeklebten Leiterplatte 48 bzw. Ansteuer- und Auswerteschaltung 50 verbunden ist. Weist der Messkanaldeckel 16 bzw. der Elektronikraumdeckel 20 ebenfalls elektrisch leitfähige Eigenschaften auf, wird eine umfassende Abschirmung des Sensorchips 42 vor elektrischen Störfeldern bewirkt, so dass die Funktion des Sensorchips 42 verbessert wird.In the area of the second recess 64 is the sensor chip 42 with a solid potential 68 electrically connected. Preferably, the fixed potential is a sensor mass. The electrical connection can be realized for example in the manner described below. As mentioned above, the sensor chip 42 on the sensor carrier 40 arranged. The sensor carrier 40 has at least partially electrically conductive properties. For example, the sensor carrier 40 at least partially made of an electrically conductive material. The sensor carrier 40 is for example made of an electrically conductive plastic. The sensor chip 42 is in the area of the second recess 64 by means of an electrically conductive adhesive 70 ( 2 ) with the sensor carrier 40 connected. The sensor carrier 40 is in turn as described above with the floor panel 46 connected, in turn, with a ground pin of the glued circuit board 48 or control and evaluation circuit 50 connected is. Indicates the measuring channel cover 16 or the electronics compartment lid 20 also electrically conductive properties, is a comprehensive shielding of the sensor chip 42 before electrical interference, causing the function of the sensor chip 42 is improved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010020264 A1 [0007]
WO 02/084226 A1 [0008]
WO 02/073140 A2 [0009]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition 2010, pages 146-148 [0002]

Claims

Sensor ( 10 ) for determining at least one parameter of a fluid flowing through a channel, in particular an intake air mass flow of an internal combustion engine, wherein the sensor ( 10 ) a sensor housing ( 12 ), in particular a introduced into a flow tube or insertable plug-in sensor, in which the channel ( 22 ) is formed, and at least one in the channel ( 22 ) arranged sensor chip ( 42 ) for determining the parameter of the fluid medium, wherein the sensor chip ( 42 ) a frame element ( 58 ), wherein the frame element ( 58 ) a first recess ( 62 ) and a first recess ( 62 ) at least partially limiting sensor area ( 44 ), characterized in that the frame element ( 58 ) a second recess ( 64 ), wherein the sensor chip ( 42 ) in the region of the second recess ( 64 ) with a fixed potential ( 68 ) is electrically connected.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the region of the second recess ( 64 ) is contactable and is not covered by a protective layer.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the second recess ( 64 ) smaller than the first recess ( 62 ).

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor chip ( 42 ) is at least partially made of a semiconductor material.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the frame element ( 54 ) from a core ( 56 ) and at least one layer ( 58 ), wherein the layer ( 58 ) on the core ( 56 ) and is made of a dielectric material, wherein the sensor area ( 44 ) a section of the layer ( 58 ), which above the first recess ( 62 ) is arranged.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor chip ( 42 ) on a sensor carrier ( 40 ), wherein the sensor carrier ( 40 ) has at least partially electrically conductive properties, wherein the sensor chip ( 42 ) in the region of the second recess by means of an electrically conductive adhesive ( 70 ) with the sensor carrier ( 40 ) connected is.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the sensor carrier ( 40 ) is at least partially made of an electrically conductive material.

Sensor ( 10 ) according to one of the two preceding claims, wherein the sensor carrier ( 40 ) is made of an electrically conductive plastic.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the second recess is produced by means of a photolithographic process.

Sensor ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the fixed potential ( 68 ) is a sensor mass.