DE102019214478A1

DE102019214478A1 - PHOTOACOUSTIC GAS SENSOR

Info

Publication number: DE102019214478A1
Application number: DE102019214478.0A
Authority: DE
Inventors: Rainer Markus Schaller; Horst Theuss; Bernhard Rieder
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2021-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) mit folgenden Merkmalen: einer Mikrostruktur (10), die eine MEMS-Struktur oder eine MOEMS-Struktur aufweist, einem Träger (20), auf dem die Mikrostruktur (10) angeordnet ist, einem Gehäuse (30), das aus einem für zumindest eine vorherbestimmte Wellenlänge eines Lichts transparenten Material besteht und einen Hohlraum (40), der die Mikrostruktur (10) auf dem Träger (20) direkt umgibt, hermetisch einkapselt. Die Vorrichtung (10) lässt sich als eine Lichtemittereinheit (200) und/oder Lichtdetektoreinheit (300) ausbilden, wobei die Einheiten einzeln oder gemeinsam Teil eines Photoakustischen Gassensors (400) sein können.The invention relates to a device (100) having the following features: a microstructure (10) which has a MEMS structure or a MOEMS structure, a carrier (20) on which the microstructure (10) is arranged, a housing (30 ), which consists of a material that is transparent to at least one predetermined wavelength of light and hermetically encapsulates a cavity (40) which directly surrounds the microstructure (10) on the carrier (20). The device (10) can be designed as a light emitter unit (200) and / or light detector unit (300), it being possible for the units to be individually or jointly part of a photoacoustic gas sensor (400).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit photoakustischen Gassensoren, die ein Ausgangssignal ausgeben, das einem Empfänger ermöglicht, selektiv Spurenmengen von Molekülen eines bestimmten Gases zu erkennen, sowie mit einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Gassensors.The present disclosure is concerned with photoacoustic gas sensors that emit an output signal that enables a receiver to selectively detect trace amounts of molecules of a particular gas, and with a method for manufacturing such a gas sensor.

Hintergrundbackground

Aufgrund des steigenden Sicherheits- und Umweltbewusstseins im Laufe der vergangenen Jahren haben Sensoren, insbesondere Gassensoren, eine große Verbreitung bei vielen Einsatzgebieten erreicht. Gassensoren werden als Luftqualitätssensoren , zur Überwachung von Kühlsystemen, Auspuffanlagen zur Leckageerkennung bzw. Leckageortung und/oder zur Detektion von bestimmten Gasen oder Schwellwerten davon bei der Emissionsmessung eingesetzt, die dem Menschen oder Werkstoffen schaden könnten. Darüber hinaus werden Gassensoren zur Steuerung von chemischen Prozessen verwendet. Demgemäß wurden eine Vielzahl von unterschiedlichen Gassensoren entwickelt, die nach verschiedenen Messprinzipien und Funktionsweisen arbeiten. Eine besonders effiziente und effektive Gasanalyse basiert auf der Detektion eines akustischen Signals, dass durch die Absorption von Licht in einem Gas generiert wurde. Der photoakustische Effekt wurde erstmalig von Alexander Graham Bell im Jahr 1880 beschrieben und nachgewiesen, wobei der photoakustische Effekt darauf basiert, dass Fotonen Energie der Absorption bei Stoßdeaktivierung in kinetische Energie umgewandelt wird. Ein großer Vorteil der photoakustischen Gassensoren liegt darin, dass mit ihnen eine selektive Detektion von Gasen bzw. Molekülen davon gewährleistet werden kann.Due to the increasing awareness of safety and the environment in the course of the past few years, sensors, in particular gas sensors, have become widespread in many areas of application. Gas sensors are used as air quality sensors, for monitoring cooling systems, exhaust systems for leak detection or leakage location and / or for the detection of certain gases or threshold values thereof in emission measurement that could harm people or materials. In addition, gas sensors are used to control chemical processes. Accordingly, a large number of different gas sensors have been developed that work according to different measuring principles and modes of operation. A particularly efficient and effective gas analysis is based on the detection of an acoustic signal that was generated by the absorption of light in a gas. The photoacoustic effect was first described and demonstrated by Alexander Graham Bell in 1880, whereby the photoacoustic effect is based on the fact that photon energy of the absorption is converted into kinetic energy during shock deactivation. A great advantage of photoacoustic gas sensors is that they can be used to ensure selective detection of gases or molecules thereof.

Im Hinblick auf einen flexiblen und breiten Einsatz der photoakustischen Gassensoren wurden diese immer kompakter gestaltet, um in miniaturisierten Vorrichtungen untergebracht werden zu können.With a view to a flexible and broad use of the photoacoustic gas sensors, these have been made more and more compact in order to be able to be accommodated in miniaturized devices.

Ein Beispiel für eine kompakte Gestaltung eines photoakustischen Gassensors ist in der Druckschrift US 2016 / 0 313 288 A1 offenbart. Der photoakustische Gassensor umfasst eine Lichtemittereinheit, die einen Lichtemitter, der dazu konfiguriert ist, ein Lichtbündel aus Lichtpulsen mit einer vorbestimmten Wiederholungsfrequenz und einer Wellenlänge, die einem Absorptionsband eines zu erfassenden Gases entspricht, zu emittieren, und eine Lichtdetektoreinheit, die ein Mikrofon umfasst, wobei die Lichtemittereinheit derart angeordnet ist, dass das Lichtbündel aus Lichtpulsen einen Bereich durchquert, der dazu konfiguriert ist, das Gas aufzunehmen, und die Lichtdetektoreinheit derart angeordnet ist, dass das Mikrofon ein Signal empfangen kann, das mit der Wiederholungsfrequenz oszilliert. Sowohl die Lichtemittereinheit als auch die Lichtdetektoreinheit sind in ein und demselben Gehäuse untergebracht, wobei das Gehäuse eine für das emittierte Licht reflektierende Innenwand aufweist.An example of a compact design of a photoacoustic gas sensor is given in the publication US 2016/0 313 288 A1 disclosed. The photoacoustic gas sensor includes a light emitter unit that includes a light emitter configured to emit a light bundle of light pulses having a predetermined repetition frequency and a wavelength corresponding to an absorption band of a gas to be detected, and a light detector unit that includes a microphone, wherein the light emitter unit is arranged such that the light bundle of light pulses traverses an area which is configured to receive the gas, and the light detector unit is arranged such that the microphone can receive a signal that oscillates at the repetition frequency. Both the light emitter unit and the light detector unit are accommodated in one and the same housing, the housing having an inner wall that is reflective for the emitted light.

Überblickoverview

Wünschenswert wären Gassensoren, die mit einer kompakten Bauweise eine zuverlässige und genaue Detektion bzw. Messung von Gasen erlauben und besonders kostengünstig hergestellt werden können.It would be desirable to have gas sensors which, with a compact design, permit reliable and precise detection or measurement of gases and which can be manufactured particularly inexpensively.

Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen eine Vorrichtung mit einer Mikrostruktur, die eine MEMS-Struktur oder eine MOEMS-Struktur aufweist. Die Mikrostruktur ist auf einem Träger angeordnet. Die Mikrostruktur und der Träger sind in einem Hohlraum untergebracht, der von einem Gehäuse gebildet wird, dass aus einem für zumindest eine vorherbestimmte Wellenlänge eines Lichts transparenten Material besteht und den Hohlraum hermetisch von der Außenwelt abgekapselt. Mit anderen Worten gesagt, kapselt das Gehäuse den Hohlraum, der die Mikrostruktur auf dem Träger direkt umgibt, hermetisch ein. Die Vorrichtung kann beispielsweise zur Herstellung einer Lichtemitter- und/oder Lichtdetektoreinheit dienen. Insbesondere schaffen Beispiele der vorliegenden Offenbarung eine Lichtemittereinheit bzw. eine Lichtdetektoreinheit für einen photoakustischen Gassensor, die in einem Glaskolben verpackt bzw. eingehüllt sind.Examples of the present disclosure provide a device with a microstructure comprising a MEMS structure or a MOEMS structure. The microstructure is arranged on a carrier. The microstructure and the carrier are accommodated in a cavity which is formed by a housing that consists of a material that is transparent for at least one predetermined wavelength of light and the cavity is hermetically encapsulated from the outside world. In other words, the housing hermetically encapsulates the cavity that directly surrounds the microstructure on the carrier. The device can be used, for example, to produce a light emitter and / or light detector unit. In particular, examples of the present disclosure provide a light emitter unit and a light detector unit for a photoacoustic gas sensor that are packaged or encased in a glass bulb.

Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen einen photoakustischen Gassensor umfassend eine Lichtemittereinheit, die Licht zumindest einer vorherbestimmten Wellenlänge in einer vorherbestimmten Wiederholungsfrequenz emittieren kann, und eine Lichtdetektoreinheit zum Detektieren zumindest eines Teils des von der Lichtemittereinheit emittierten Lichts, wobei zwischen der Lichtemittereinheit und der Lichtdetektoreinheit ein Übertragungsbereich angeordnet sein kann, der eingerichtet ist, ein Gas aufzunehmen und/oder durchzuleiten, das einem Referenz-Gas in dem Hohlraum der Lichtdetektoreinheit entspricht. Der Lichtdetektor in der Lichtdetektoreinheit kann beispielsweise ein Mikrofon sein.Examples of the present disclosure provide a photoacoustic gas sensor comprising a light emitter unit that can emit light of at least a predetermined wavelength at a predetermined repetition frequency, and a light detector unit for detecting at least part of the light emitted by the light emitter unit, wherein a transmission area is arranged between the light emitter unit and the light detector unit which is set up to receive and / or pass through a gas that corresponds to a reference gas in the cavity of the light detector unit. The light detector in the light detector unit can be a microphone, for example.

Beispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung, bei dem zumindest eine Mikrostruktur auf einem Träger angeordnet wird. Der Träger mit der darauf angeordneten zumindest einen Mikrostruktur wird in einem Hohlraum eines Gehäuses untergebracht, das aus einem für zumindest eine vorherbestimmte Wellenlänge eines Lichts transparenten Material besteht. Der Träger mit der darauf angeordneten zumindest einen Mikrostruktur wird in dem Hohlraum des Gehäuses eingekapselt, so dass der Hohlraum hermetisch verschlossen wird. Das Einkapseln des Hohlraums erfolgt dabei durch Quetschen oder wulstartiges Abdichten des Materials des Gehäuses.Examples of the present disclosure provide a method for manufacturing a device in which at least one microstructure is arranged on a carrier. The carrier with the at least one microstructure arranged thereon is accommodated in a cavity of a housing which consists of a material that is transparent to at least one predetermined wavelength of light. The carrier with the at least one microstructure arranged thereon is in the cavity of the Encapsulated housing so that the cavity is hermetically sealed. The cavity is encapsulated by squeezing or sealing the material of the housing in a bead-like manner.

Im Gegensatz zu Verfahren, die auf einem anderen Effekt oder messtechnischen Prinzip als dem des photoakustischen Effekts beruhen, zeigt die Verwendung der Vorrichtungen und das verwendete Messprinzip mittels eines photoakustischen Gassensors diverse Vorteile, die mit einem vereinfachten Aufbau, einer Reduktion der Absorptionsstrecke und dem Einsatz bzw. der Nutzung kostengünstiger Lichtemitter bzw. Lichtdetektoren einhergeht. Gleichzeitig mit einer Miniaturisierung der Bauteile erhöht sich aufgrund eines reduzierten Detektionskammervolumens auch ein photoakustischer Druck bei gleicher eingestrahlter Intensität.In contrast to methods that are based on a different effect or metrological principle than that of the photoacoustic effect, the use of the devices and the measuring principle used by means of a photoacoustic gas sensor shows various advantages, which with a simplified structure, a reduction in the absorption distance and the use or . is associated with the use of inexpensive light emitters or light detectors. Simultaneously with a miniaturization of the components, a photoacoustic pressure also increases with the same irradiated intensity due to a reduced detection chamber volume.

Die mittels des genannten Verfahrens hergestellten Vorrichtungen, d. h. die Lichtemittereinheit bzw. Lichtdetektoreinheit, deren Gehäuse einem hermetisch abdichtenden Glaskolben entsprechen, weisen gegenüber herkömmlichen Keramik- oder TO-Gehäusen eine geringere Anzahl von Komponenten und erheblich niedrigere Herstellungskosten bei vergleichbaren oder besseren Eigenschaften und Leistungen auf.The devices manufactured by means of the process mentioned, d. H. the light emitter unit or light detector unit, the housing of which corresponds to a hermetically sealing glass bulb, has a lower number of components than conventional ceramic or TO housings and significantly lower manufacturing costs with comparable or better properties and performance.

Im Sinne der Erfindung ist unter Emitter oder Emittent die Quelle einer Strahlung oder eines Teilchenflusses zu verstehen, beispielsweise von Photonen, die eine elektromagnetische Wechselwirkung vermitteln. Mit Transparenz ist die Fähigkeit eines Materials gemeint, elektromagnetische Wellen hindurch zu lassen, beispielsweise Licht. Unter Lichtdetektor ist ein Nachweisgerät gemeint, beispielsweise ein Mikrofon. Mit einem Mikrofon ist ein Schallwandler gemeint, der Luftschall als Schallwechseldruck bedingte Schwingungen in entsprechende elektrische Spannungsänderung als Mikrofonsignal umwandelt, wobei das Mikrofonsignal anschließend für das menschliche Gehör über einen Lautsprecher ausgebbar ist.In the context of the invention, emitter or emitter is to be understood as the source of radiation or a particle flow, for example of photons that mediate an electromagnetic interaction. Transparency is the ability of a material to let electromagnetic waves through, such as light. A light detector means a detection device, for example a microphone. A microphone is a sound transducer which converts air-borne sound as alternating sound pressure-induced vibrations into corresponding electrical voltage changes as a microphone signal, the microphone signal then being able to be output to the human ear via a loudspeaker.

Hinsichtlich des Begriffs Mikrosystem bzw. Mikrostruktur gibt es keine einheitlichen Begriffe. Die einfache Übersetzung ins Englische als micro systems wird lediglich im europäischen Raum genutzt. Verbreiteter sind die aus den USA stammenden Begriffe MEMS (microelectromechanical systems) und MOEMS (microoptoelectromechanical systems). In asiatischen Veröffentlichungen findet sich hingegen auch die „erweiterte“ Bezeichnung micromachines. Eine Gemeinsamkeit der Begriffe, die Mikrostruktur beschreiben, ist, dass sie eine Größe zwischen 1 bis 100 µm aufweisen.There are no standardized terms with regard to the term microsystem or microstructure. The simple translation into English as micro systems is only used in Europe. The terms MEMS (microelectromechanical systems) and MOEMS (microoptoelectromechanical systems), which come from the USA, are more widespread. In Asian publications, on the other hand, the "expanded" term micromachines is also found. A common feature of the terms that describe microstructure is that they have a size between 1 and 100 µm.

FigurenlisteFigure list

Beispiele der Offenbarung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine vereinfachte Darstellung eines Beispiels einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung;
2 eine vereinfachte Darstellung eines Beispiels einer Lichtemittereinheit gemäß der Offenbarung;
3 eine vereinfachte Darstellung eines Beispiels einer Lichtdetektoreinheit gemäß der Offenbarung;
4 eine vereinfachte Darstellung eines weiteren Beispiels einer Lichtdetektoreinheit gemäß der Offenbarung;
5 eine vereinfachte Darstellung eines Beispiels einer Lichtdetektoreinheit mit einer Delle gemäß der Offenbarung;
6 eine vereinfachte Darstellung eines weiteren Beispiels einer Lichtdetektoreinheit mit einer Delle gemäß der Offenbarung;
7 eine vereinfachte Darstellung noch eines weiteren Beispiels einer Lichtdetektoreinheit gemäß der Offenbarung;
8 eine vereinfachte Darstellung einer Lichtdetektoreinheit mit einem Transceiver gemäß der Offenbarung;
9 eine vereinfachte Darstellung einer Anordnung einer Lichtemittereinheit und einer Lichtdetektoreinheit zu einem photoakustischen Gassensor gemäß der Offenbarung;
10 eine vereinfachte Darstellung einer Anordnung eines Lichtemitters und eines Lichtdetektors relativ zueinander gemäß der Offenbarung.

Examples of the disclosure are described below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 a simplified illustration of an example of a device according to the disclosure;
2 a simplified illustration of an example of a light emitting unit according to the disclosure;
3rd a simplified illustration of an example of a light detector unit according to the disclosure;
4th a simplified illustration of a further example of a light detector unit according to the disclosure;
5 a simplified illustration of an example of a light detector unit with a dent in accordance with the disclosure;
6th a simplified illustration of a further example of a light detector unit with a dent according to the disclosure;
7th a simplified illustration of yet another example of a light detector unit according to the disclosure;
8th a simplified illustration of a light detector unit with a transceiver according to the disclosure;
9 a simplified illustration of an arrangement of a light emitter unit and a light detector unit for a photoacoustic gas sensor according to the disclosure;
10 a simplified illustration of an arrangement of a light emitter and a light detector relative to one another according to the disclosure.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Im Folgenden werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung detailliert und unter Verwendung der beigefügten Beschreibungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Elemente, die die gleiche Funktionalität aufweisen, mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sein können, wobei eine wiederholte Beschreibung von Elementen, die mit dem gleichen oder ähnlichem Bezugszeichen versehen sind, typischerweise weggelassen wird. Beschreibungen von Elementen, die gleiche oder ähnliche Bezugszeichen aufweisen, sind gegeneinander austauschbar. In der folgenden Beschreibung werden viele Details beschrieben, um eine gründlichere Erklärung von Beispielen der Offenbarung zu liefern. Es ist jedoch für Fachleute offensichtlich, dass andere Beispiele ohne diese spezifischen Details implementiert werden können. Merkmale der unterschiedlichen beschriebenen Beispiele können miteinander kombiniert werden, es sei denn, Merkmale einer entsprechenden Kombination schließen sich gegenseitig aus oder eine solche Kombination ist ausdrücklich ausgeschlossen.In the following, examples of the present disclosure will be described in detail and using the accompanying descriptions. It should be noted that the same elements or elements that have the same functionality can be provided with the same or similar reference symbols, a repeated description of elements that are provided with the same or similar reference symbols typically being omitted. Descriptions of elements that have the same or similar reference symbols are interchangeable. In the following description, many details are described in order to provide a more thorough explanation of examples of the disclosure. However, it is for professionals it is obvious that other examples can be implemented without these specific details. Features of the different examples described can be combined with one another, unless features of a corresponding combination are mutually exclusive or such a combination is expressly excluded.

In 1 ist ein Beispiel einer Vorrichtung 100 gemäß der Offenbarung veranschaulicht, die eine Mikrostruktur 10 aufweist, die eine MEMS-Struktur oder eine MOEMS-Struktur aufzeigt, wobei die Mikrostruktur 10 auf einem Träger 20 angeordnet ist. Die Mikrostruktur 10 sowie der Träger 20 sind in einem Hohlraum 40 eines Gehäuse 30 untergebracht. Das Gehäuse 30 kapselt den Hohlraum 40 hermetisch ein. Das Gehäuse 30 besteht aus einem für Licht einer vorherbestimmten Wellenlänge transparenten Material, so dass das Licht der zumindest einen vorherbestimmten Wellenlänge aus dem Hohlraum 40 des Gehäuses 30 heraus bzw. hinein dringen kann. Insoweit kann das für das Gehäuse 30 verwendete Material bereits als selektiver Filter für eine vorherbestimmte Wellenlänge des Lichts eingesetzt werden. In Abhängigkeit der Verwendung der Vorrichtung 100 kann der Hohlraum 40 im Gehäuse 30 ein Vakuum aufweisen oder ein ausgewähltes Gas mit bestimmten Eigenschaften enthalten. Um sicherzustellen, dass der Hohlraum 40 des Gehäuses 30 hermetisch verschlossen ist, ist das Material des Gehäuses gequetscht oder wulstartig abgedichtet, wobei das Material einen Verschluss 70 des Hohlraums 30 bildet.In 1 is an example of a device 100 according to the disclosure that illustrates a microstructure 10 having a MEMS structure or a MOEMS structure, wherein the microstructure 10 on a carrier 20th is arranged. The microstructure 10 as well as the carrier 20th are in a cavity 40 a housing 30th housed. The case 30th encapsulates the cavity 40 hermetically a. The case 30th consists of a material transparent to light of a predetermined wavelength, so that the light of at least one predetermined wavelength from the cavity 40 of the housing 30th can penetrate out or in. In this respect, this can be done for the housing 30th used material can already be used as a selective filter for a predetermined wavelength of light. Depending on the use of the device 100 can the cavity 40 in the housing 30th have a vacuum or contain a selected gas with certain properties. To make sure the cavity 40 of the housing 30th Is hermetically sealed, the material of the housing is squeezed or sealed in the manner of a bead, the material forming a closure 70 of the cavity 30th forms.

Die Vorrichtung 100 kann beispielsweise zur Herstellung einer Lichtemittereinheit 200 und/oder Lichtdetektoreinheit 300 dienen, die in einem photoakustischen Gassensor 400 verbaut werden können.The device 100 can for example be used to manufacture a light emitter unit 200 and / or light detector unit 300 serve in a photoacoustic gas sensor 400 can be installed.

2 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung 100 in einer Ausführung als Lichtemittereinheit 200. Die Mikrostruktur 10 der Vorrichtung 100 ist dabei als ein Lichtemitter 210 ausgebildet. Der Lichtemitter 210 kann beispielsweise eine MEMS-IR-Emitter-Chip, insbesondere eine IR-Strahler mit echten Schwarzkörper-Strahlungseigenschaften sein. Solche IR-Strahler eignen sich besonders gut für anspruchsvolle Messaufgaben wie die Messung und Überwachung von Gaskonzentrationen. Der Lichtemitter 210 ist dabei auf einem Träger 20 angeordnet. Der Träger 20 kann beispielsweise eine Leiterplatte sein, die aus Keramik und/oder Metall hergestellt ist. Leiterplatten dieser Art eignen sich besonders gut, um als Träger 20 eingesetzt zu werden, da sie gegenüber mechanischen Belastungen und/oder chemischen Belastungen und/oder Strahlung-Belastung besonders widerstandsfähig sind. Herkömmliche Leiterplatten sind nur bedingt geeignet, um als Träger 20 für die vorliegende Vorrichtung 100 verwendet zu werden, da sie beispielsweise unter bestimmten physikalisch-chemischen Bedingungen zum Ausgasen und somit zum Verändern ihrer Eigenschaften neigen. Beim Beispiel gemäß der 2 ist der Träger 20 als metallene Leiterplatte ausgebildet. Der Träger 20 bzw. die metallene Leiterplatte weist eine Haltestruktur 60 auf, die eingerichtet ist, um den Träger 20 beim Einbringen und Anordnen in dem Gehäuse 30 zu handhaben. Darüber hinaus bildet die Haltestruktur 60 nach dem hermetischen Einkapseln des Trägers 20 mit dem darauf angeordneten Lichtemitter 210 einen Teil einer Schnittstelle 50, über die die Mikrostruktur 10 bzw. der Lichtemitter 210 gesteuert und/oder mit Energie versorgt werden kann. Beim Beispiel gemäß der 2 umfasst die Schnittstelle 50 einen Teil der Haltestruktur 60 des Trägers 20, die mit einem Molybdänstreifen 265 verbunden ist, wobei der Molybdänstreifen 265 wiederum mit einem Kontakt-Draht 255 verbunden ist, der aus dem eingekapselten Gehäuse 30 heraus führt. Vorzugsweise ist der Draht 255 aus Dumet hergestellt. Molybdän und Dumet weisen einen im Wesentlichen gleichen temperaturabhängigen Ausdehnungskoeffizienten auf, der wiederum dem Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Gehäuses 30 entsprechen sollte. Die einzelnen Teile der Haltestruktur 60 und der Schnittstelle 50 können beispielsweise geklebt und/oder gelötet und/oder verschweißt und/oder verkeilt sein, um eine sichere Verbindung zu bilden. Bei weiteren Beispielen - hier nicht gezeigt - ist der Träger 20 bzw. die Leiterplatte beschichtet. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise für Licht einer vorherbestimmten Wellenlänge reflektierend sein. Beispielsweise kann durch Beschichtung des Trägers mit Silber (Ag) eine Verstärkung der Wirkung der Lichtwellen auf das in dem Hohlraum 40 des Gehäuses 30 enthaltene Gas bewirkt werden. 2 Figure 3 shows an example of an apparatus 100 in an embodiment as a light emitter unit 200 . The microstructure 10 the device 100 is doing it as a light emitter 210 educated. The light emitter 210 can for example be a MEMS IR emitter chip, in particular an IR emitter with real black body radiation properties. Such IR emitters are particularly suitable for demanding measuring tasks such as measuring and monitoring gas concentrations. The light emitter 210 is on a carrier 20th arranged. The carrier 20th can for example be a circuit board made of ceramic and / or metal. Printed circuit boards of this type are particularly suitable for use as a carrier 20th to be used because they are particularly resistant to mechanical loads and / or chemical loads and / or radiation loads. Conventional printed circuit boards are only suitable to a limited extent as a carrier 20th for the present device 100 to be used because they tend to outgassing and thus to change their properties under certain physico-chemical conditions, for example. In the example according to the 2 is the carrier 20th designed as a metal printed circuit board. The carrier 20th or the metal circuit board has a holding structure 60 on that is set up to meet the carrier 20th when introducing and arranging in the housing 30th to handle. It also forms the holding structure 60 after hermetically encapsulating the carrier 20th with the light emitter arranged on it 210 part of an interface 50 over which the microstructure 10 or the light emitter 210 can be controlled and / or supplied with energy. In the example according to the 2 includes the interface 50 part of the support structure 60 of the wearer 20th with a molybdenum strip 265 connected, the molybdenum strip 265 turn with a contact wire 255 connected to that of the encapsulated housing 30th leads out. Preferably the wire is 255 made from Dumet. Molybdenum and Dumet have essentially the same temperature-dependent expansion coefficient, which in turn corresponds to the expansion coefficient of the material of the housing 30th should correspond. The individual parts of the support structure 60 and the interface 50 can for example be glued and / or soldered and / or welded and / or wedged in order to form a secure connection. In other examples - not shown here - the carrier is 20th or the printed circuit board is coated. Such a coating can be reflective for light of a predetermined wavelength, for example. For example, by coating the carrier with silver (Ag), the effect of the light waves on that in the cavity can be intensified 40 of the housing 30th contained gas are effected.

Ein besonders geeignetes Material für das Gehäuse 30 der Vorrichtung 100 bzw. der Lichtemittereinheit 200 ist Weichglas oder Kalkglas oder Alkali-Erdalkali-Silikat-Glas. Das vorstehend aufgeführte Material weist nicht nur den gleichen temperaturabhängigen Ausdehnungskoeffizienten wie Molybdän und Dumet auf, sondern ist darüber hinaus auch für Licht vorherbestimmter Wellenlänge transparent. Je nach Ausführungsbeispiel kann das Material ausschließlich für Licht einer vorherbestimmten Wellenlänge transparent sein, wobei dadurch das Gehäuse 30 bereits einen selektiven Filter für das von der Lichtemittereinheit 200 ausgestrahlte Licht bildet. Bei einem weiteren hier nicht dargestellten Beispiel weist das Gehäuse 30 lediglich ein optisches Fenster auf, das für eine gewünschte Wellenlänge transparent ist. Demnach würde für einen CO₂-Sensor beispielsweise das optische Fenster für eine Wellenlänge des Lichts von 3,5 µm transparent sein sowie - je nach Ausführung - für solche Wellenlängen, die einem ausgestrahlten Licht der Photodiode bzw. des Lichtemitters 210 der Lichtemittereinheit 200 ist.A particularly suitable material for the housing 30th the device 100 or the light emitter unit 200 is soft glass or lime glass or alkali-earth-alkali-silicate glass. The material listed above not only has the same temperature-dependent expansion coefficient as molybdenum and Dumet, but is also transparent to light of a predetermined wavelength. Depending on the exemplary embodiment, the material can be transparent only to light of a predetermined wavelength, with the housing as a result 30th already a selective filter for that from the light emitting unit 200 emitted light forms. In a further example, not shown here, the housing 30th only an optical window that is transparent to a desired wavelength. Accordingly, for a CO ₂ sensor, for example, the optical window would be transparent for a wavelength of light of 3.5 μm and - depending on the design - for those wavelengths that are emitted by the light emitted by the photodiode or the light emitter 210 the light emitting unit 200 is.

Im Beispiel der 2 ist eine hermetische Einkapselung des Hohlraums 40 der Lichtemittereinheit 200 durch Quetschen des Materials des Gehäuses 30 sichergestellt, wobei ein Verschluss 70 entsteht. In dem Bereich des gequetschten Materials des Gehäuses 30 bzw. des Verschlusses 70 ist der Molybdän-Streifen 265 sowie ein Teil des daran anschließenden Dumet-Drahtes 255 und ein Teil des Trägers 20 vollständig aufgenommen. Aufgrund seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften erlaubt der Molybdän-Streifen 265 eine besonders gute Verbindung - aufgrund starker Adhäsion - mit dem Material des Gehäuses 30, wobei dadurch ein hermetisches Abschließen des Hohlraums 245 der Lichtemittereinheit 200 gewährleistet werden kann. Im vorliegenden Beispiel gemäß 2 ist der Hohlraum 245 der Lichtemittereinheit 200 mit einem Schutz-Gas gefüllt. Das Schutz-Gas stellt sicher, dass der Lichtemitter 210 sowie der Träger 210 nicht korrodieren oder in ihren physikalischen Eigenschaften verändert werden können. Alternativ kann der Hohlraum der Lichtemittereinheit 200 ein Vakuum aufweisen, dass dieselbe Funktion wie das Schutz-Gas erfüllt, nämlich eine Beeinträchtigung des Trägers 20 und/oder des Lichtemitters 210 zu verhindern. Das Schutz-Gas kann beispielsweise Argon (Ar) oder Stickstoff (N₂) sein.In the example of the 2 is a hermetic encapsulation of the cavity 40 the light emitting unit 200 by squeezing the material of the housing 30th ensured, taking a clasp 70 arises. In the area of the crushed material of the housing 30th or the closure 70 is the molybdenum strip 265 as well as part of the adjoining Dumet wire 255 and part of the carrier 20th fully recorded. Due to its physicochemical properties, the molybdenum strip allows 265 a particularly good connection - due to strong adhesion - with the material of the housing 30th thereby hermetically sealing the cavity 245 the light emitting unit 200 can be guaranteed. In the present example according to 2 is the cavity 245 the light emitting unit 200 filled with a protective gas. The protective gas ensures that the light emitter 210 as well as the carrier 210 cannot corrode or change their physical properties. Alternatively, the cavity of the light emitter unit 200 have a vacuum that fulfills the same function as the protective gas, namely an impairment of the carrier 20th and / or the light emitter 210 to prevent. The protective gas can be argon (Ar) or nitrogen (N ₂ ), for example.

Die für die Lichtemittereinheit 200 geltenden Vorteile aufgrund des Materials des Gehäuses 30, der Haltestruktur 60 sowie der Schnittstelle 50 gelten für sämtliche Beispiele einer Vorrichtung 100 gemäß dieser Offenbarung. Insbesondere stellt die Verwendung des offenbarten Materials für eine Gehäuse 30 in der Art eines Glaskolbens ein ausgereiftes, zuverlässiges und kostengünstiges hermetisches Gehäuse 30 dar. Dabei erfolgt die hermetische Versiegelung des Hohlraums 40 durch Erwärmen und Schmelzen des Glases, beispielsweise lokal durch offene Gasflammen oder Laser.The one for the light emitter unit 200 applicable advantages due to the material of the housing 30th , the support structure 60 as well as the interface 50 apply to all examples of a device 100 according to this disclosure. In particular, the use of the disclosed material for a housing 30th a sophisticated, reliable and inexpensive hermetic housing in the manner of a glass bulb 30th The cavity is hermetically sealed 40 by heating and melting the glass, for example locally using open gas flames or lasers.

3 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung 100 in einer Ausführung als Lichtdetektoreinheit 300. Dabei ist die Mikrostruktur 10 der Vorrichtung 100 als Lichtdetektor 310 ausgebildet. Der Lichtdetektor 310 ist auf einem Träger 20 angeordnet, der im vorliegenden Beispiel als Leiterplatte aus Keramik ausgebildet ist; mit anderen Worten aus dem angelsächsischen Sprachgebrauch gesagt, ein Ceramic Printed Circuit Board (PCB). Solche Materialien zeichnen sich durch besonders hohe Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit aus. 3rd Figure 3 shows an example of an apparatus 100 in an embodiment as a light detector unit 300 . Here is the microstructure 10 the device 100 as a light detector 310 educated. The light detector 310 is on a carrier 20th arranged, which in the present example is designed as a printed circuit board made of ceramic; in other words from the Anglo-Saxon parlance, a Ceramic Printed Circuit Board (PCB). Such materials are characterized by particularly high strength and thermal conductivity.

Der Lichtdetektor 310 kann beispielsweise ein MEMS-Mikrofon, ein MOEMS-Mikrofon, eine Photodiode oder dergleichen sein. Solche Lichtdetektoren 310 erlauben eine besonders kompakte und platzsparende Ausführung einer Lichtdetektoreinheit 300. Zusätzlich kann auf dem Träger 30 ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis ASIC 380 (application-specific integrated circuit) angeordnet sein, der mit dem Lichtdetektor 310 in Verbindung steht und eingerichtet ist, diesen zu steuern und/oder Signale des Lichtdetektors 310 zu verarbeiten und/oder weiterzuleiten. Der ASIC kann beispielsweise zur Verstärkung, Signalkonditionierung sowie weiteren optionalen Funktionen wie beispielsweise T-Sensorik, als Abtast- oder Rechenelement und dergleichen eingesetzt werden. Vorzugsweise sind der Lichtdetektor 310 und/oder der ASIC 380 vor elektromagnetischer Strahlung abgeschirmt. Im Beispiel gemäß 3 sind der ASIC sowie das MEMS-Mikrofon 315 über Bonddrähte 390 miteinander verbunden. Da der Träger 20 als Keramikplatte ausgeführt ist, sind der ASIC 380 und das MEMS-Mikrofon 315 ebenfalls über Bonddrähte 390 mit einer Haltestruktur 60 verbunden, die analog dem Beispiel gemäß 2 diese zusammen mit eingekapselten Molybdänstreifen 265 wiederum an die die Kontakt-Drähte 255 der Schnittstelle 50 bindet.The light detector 310 can for example be a MEMS microphone, a MOEMS microphone, a photodiode or the like. Such light detectors 310 allow a particularly compact and space-saving design of a light detector unit 300 . In addition, can be on the carrier 30th an application-specific integrated circuit ASIC 380 (Application-specific integrated circuit) be arranged with the light detector 310 is in communication and is set up to control this and / or signals of the light detector 310 to process and / or forward. The ASIC can be used, for example, for amplification, signal conditioning and other optional functions such as T-sensors, as a scanning or computing element and the like. Preferably the light detector 310 and / or the ASIC 380 shielded from electromagnetic radiation. In the example according to 3rd are the ASIC and the MEMS microphone 315 via bond wires 390 connected with each other. As the carrier 20th is designed as a ceramic plate, are the ASIC 380 and the MEMS microphone 315 also via bond wires 390 with a support structure 60 connected, analogous to the example according to 2 these together with encapsulated molybdenum strips 265 turn to the the contact wires 255 the interface 50 binds.

Beim Beispiel gemäß der 3 umfasst die Schnittstelle 50 die Haltestruktur 60 des Trägers 20, die mit einem Molybdänstreifen 265 verbunden ist, wobei der Molybdänstreifen 265 wiederum mit einem Kontakt-Draht 255 verbunden ist, der aus dem eingekapselten Gehäuse 30 heraus führt. Vorzugsweise ist der Draht 255 aus Dumet hergestellt. Zum elektrischen Kontaktieren der Haltestruktur 60 mit dem ASIC 380 und/oder MEMS-Mikrofon 315 kann der Träger 20 Kontakt-PADS 395 aufweisen, wobei die Kontakt-PADS 395 wiederum über Bonddrähte 390 mit dem ASIC 380 und/oder MEMS-Mikrofon 315 verbunden sein können.In the example according to the 3rd includes the interface 50 the support structure 60 of the wearer 20th with a molybdenum strip 265 connected, the molybdenum strip 265 turn with a contact wire 255 connected to that of the encapsulated housing 30th leads out. Preferably the wire is 255 made from Dumet. For electrical contact with the holding structure 60 with the ASIC 380 and / or MEMS microphone 315 can the carrier 20th Contact PADS 395 have, the contact PADS 395 again via bond wires 390 with the ASIC 380 and / or MEMS microphone 315 can be connected.

Ein Hohlraum 40 des Gehäuses 30 der Lichtdetektoreinheit 300 ist ebenfalls durch Quetschen hermetisch eingekapselt. Im Hohlraum 40 des Gehäuses 30 der Lichtdetektoreinheit 300 ist ein Referenz-Gas 345 vorgesehen, das einem in einer zu bestimmenden Konzentration auftretenden Referenz-Gas - bzw. Molekülen eines Referenz-Gases - eines zu messenden Test-Gases entspricht, wobei das Test-Gas mehrere unterschiedliche Moleküle unterschiedlicher Gase enthalten kann. Besonders zweckdienlich ist es, wenn die Konzentration des Referenz-Gases in dem Hohlraum 40 der Lichtemittereinheit 300 zwischen 50 % -100 % liegt.A cavity 40 of the housing 30th the light detector unit 300 is also hermetically encapsulated by crimping. In the cavity 40 of the housing 30th the light detector unit 300 is a reference gas 345 provided, which corresponds to a reference gas occurring in a concentration to be determined - or molecules of a reference gas - of a test gas to be measured, wherein the test gas can contain several different molecules of different gases. It is particularly useful when the concentration of the reference gas in the cavity 40 the light emitting unit 300 is between 50% -100%.

Das Mikrofon 315 des Lichtdetektors 310 ist konfiguriert, zumindest eine Druckschwankung des Referenz-Gases 345 zu erfassen, die mit einer Wiederholungsfrequenz eines von dem Lichtdetektor 310 detektierten Lichts - der vorherbestimmten Wellenlänge - oszilliert.The microphone 315 of the light detector 310 is configured to at least one pressure fluctuation of the reference gas 345 to detect at a repetition frequency one of the light detector 310 detected light - the predetermined wavelength - oscillates.

4 zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung 100 in einer Ausführung als Lichtdetektoreinheit 300. Im Unterschied zu dem Beispiel gemäß 3 wird ein Verschluss 70 nicht mittels Quetschen des Materials des Gehäuses 30 vorgenommen, sondern durch Ausbilden einer wulstartigen Abdichtung aus dem Material des Gehäuses 30. Das Ausbilden der wulstartigen Abdichtung bzw. des Verschlusses 70 erfolgt durch Erhitzen bzw. Schmelzen des Materials des Gehäuses 30 bzw. des Glaskolbens. In dem Beispiel der 4 sind durch den wulstartigen Verschluss 70 des Gehäuses 30 ebenfalls Kontakt-Drähte 255 geführt, die eine Schnittstelle der Lichtdetektoreinheit 300 bilden. 4th Figure 3 shows another example of an apparatus 100 in an embodiment as a light detector unit 300 . In contrast to the example according to 3rd becomes a closure 70 not by squeezing the material of the housing 30th performed, but by forming a bead-like seal from the material of the housing 30th . The formation of the bead-like seal or closure 70 takes place by heating or melting the material of the housing 30th or the glass bulb. In the example of the 4th are due to the bead-like closure 70 of the housing 30th also contact wires 255 led to an interface of the light detector unit 300 form.

Der wulstartige Verschluss 70 zur Einkapselung des Gehäuses 30 bietet gegenüber dem durch Quetschung des Gehäuses 30 gebildeten Verschluss 70 den weiteren Vorteil, dass der Verschluss mechanisch stabiler ausgebildet ist, wobei er eine Art Sockel für das Gehäuse 30 der Vorrichtung 100 bildet. Das Ausbilden der wulstartigen Abdichtung bzw. des Verschlusses 70 lässt sich sowohl bei der Lichtemittereinheit 200 als auch bei der Lichtdetektoreinheit 300 verwenden.The bead-like closure 70 for encapsulating the housing 30th offers over by squeezing the housing 30th formed clasp 70 the further advantage that the closure is mechanically more stable, it being a kind of base for the housing 30th the device 100 forms. The formation of the bead-like seal or closure 70 can be found in both the light emitter unit 200 as well as the light detector unit 300 use.

In allen Beispielen der Offenbarung sind Kontakt-Drähte 255 zumindest teilweise durch einen Verschluss 70 des Gehäuses 30 geführt, wobei der Verschluss 70 aus demselben Material besteht, wie das Gehäuse 30 der Vorrichtung 100 bzw. der Lichtemittereinheit 200 und/oder der Lichtdetektoreinheit 300.In all of the examples of the disclosure, there are contact wires 255 at least partially by a closure 70 of the housing 30th guided, the closure 70 consists of the same material as the housing 30th the device 100 or the light emitter unit 200 and / or the light detector unit 300 .

In dem Beispiel gemäß der 4 entspricht das Material des Trägers 20 dem Material zumindest eines Kontakt-Drahtes 255. Die weiteren Kontakt-Drähte 255 können beispielsweise über Bond-Drähte 290 mit dem ASIC 380 und/oder dem MEMS-Mikrofon 315 verbunden sein.In the example according to the 4th corresponds to the material of the carrier 20th the material of at least one contact wire 255 . The other contact wires 255 can for example via bond wires 290 with the ASIC 380 and / or the MEMS microphone 315 be connected.

Bei einem vorteilhaften Beispiel weist das Gehäuse 30 der Lichtdetektoreinheit 300 zumindest eine Delle 335 auf. Das Anordnen der zumindest einen Delle 335 kann zweckgemäß dazu dienen, die Haltestruktur 60 und/oder den Träger 20 in dem Gehäuse 30 der Vorrichtung 100 bzw. der Lichtdetektoreinheit 300 zu stützen bzw. zu stabilisieren, Dies kann mit und/oder ohne eine Berührung der Delle 335 des Gehäuses 30 mit der Haltestruktur 60 und/oder dem Träger 20 oder den darauf angeordneten Bauelementen erfolgen. Ferner kann die zumindest eine Delle 335 alternativ oder zusätzlich derart angeordnet werden, dass beispielsweise ein im Hohlraum 40 der Vorrichtung 100 bzw. der Lichtdetektoreinheit 300 sich aufbauender und/oder abbauender Druck des Referenz-Gases 345 gezielt in dem Hohlraum 40 der Vorrichtung geleitet wird. Bei einem weiteren Beispiel können Dellen 335 auch eine seitliche Stabilisierung in einer Richtung der Ausdehnung der Haltestruktur 60 bzw. der Ausdehnung des Trägers 20 bilden, wobei sie als eine seitliche Stütze die Haltestruktur 60 oder den Träger 20 auch berühren können.In an advantageous example, the housing 30th the light detector unit 300 at least one dent 335 on. Arranging the at least one dent 335 can appropriately serve the support structure 60 and / or the carrier 20th in the case 30th the device 100 or the light detector unit 300 to support or stabilize, this can be done with and / or without touching the dent 335 of the housing 30th with the holding structure 60 and / or the wearer 20th or the components arranged thereon. Furthermore, the at least one dent 335 alternatively or additionally are arranged such that, for example, one in the cavity 40 the device 100 or the light detector unit 300 increasing and / or decreasing pressure of the reference gas 345 targeted in the cavity 40 the device is directed. Another example can be dents 335 also a lateral stabilization in one direction of expansion of the support structure 60 or the expansion of the carrier 20th form, with as a lateral support the support structure 60 or the carrier 20th can also touch.

In 5 ist beispielhaft eine Lichtdetektoreinheit 300 dargestellt, deren Gehäuse 30 eine Delle 335 aufweist, die sich ins Innere des Hohlraums 40 des Gehäuses 30 wölbt. Die Delle 335 ist derart angeordnet, dass im Falle einer Erschütterung der Lichtdetektoreinheit 300 der Träger 20 des Lichtdetektors 310 nicht beliebig elastisch ausgelenkt werden kann, wobei der Träger 20 mit seiner vom Lichtdetektor 310 abweisenden Seite mit der Delle 335 in Berührung treten kann. Dadurch kann eine im Wesentlichen gleichbleibende Position des Lichtdetektors 310 in dem Hohlraum 40 der Lichtdetektoreinheit 300 beibehalten werden.In 5 is an example of a light detector unit 300 shown, their housing 30th a dent 335 has, which extends into the interior of the cavity 40 of the housing 30th bulges. The dent 335 is arranged such that in the event of a shock to the light detector unit 300 the carrier 20th of the light detector 310 cannot be deflected elastically at will, the carrier 20th with its from the light detector 310 repellent side with the dent 335 can come into contact. As a result, the position of the light detector can essentially remain the same 310 in the cavity 40 the light detector unit 300 to be kept.

6 zeigt zwei Beispiele einer möglichen Anordnung von zwei Dellen 335 in einem bevorzugten Bereich eines Gehäuses 30 einer Vorrichtung 100 bzw. einer Lichtdetektoreinheit 300 in Relation zu einer Position des Lichtdetektors 310 sowie des Trägers 20 der Lichtdetektoreinheit 300 und/oder seiner Haltestruktur 60. 6th shows two examples of a possible arrangement of two dents 335 in a preferred area of a housing 30th a device 100 or a light detector unit 300 in relation to a position of the light detector 310 as well as the carrier 20th the light detector unit 300 and / or its support structure 60 .

In einem Beispiel sind die Dellen derart 335 vis-a-vis zueinander angeordnet, dass eine Delle 335 dem Lichtdetektor 310 gegenüberliegend angeordnet ist, ohne diesen zu berühren und die andere Delle 335 auf der von dem Lichtdetektor 310 abgewandten Seite, nämlich dem Träger 20 des Lichtdetektors 310 gegenüberliegend angeordnet ist. Eine solche Anordnung erlaubt insbesondere im Bereich des Lichtdetektors 310, der im vorliegenden Fall als Mikrofon 315 ausgebildet ist, eine Verdichtung bzw. Erhöhung eines des sich im Hohlraum 40 der Lichtdetektoreinheit 300 aufbauenden und/oder abbauenden Drucks des Referenz-Gases 345 zu erreichen. Durch die gezielte Führung der Druckwellen im Gehäuse bzw. auf das Mikrofon 315 hin kann eine Sensor-Leistung der Lichtdetektoreinheit 300 erhöht werden.In one example, the dents are arranged 335 vis-a-vis one another in such a way that one dent 335 the light detector 310 is arranged opposite without touching this and the other dent 335 on the one from the light detector 310 remote side, namely the carrier 20th of the light detector 310 is arranged opposite. Such an arrangement allows in particular in the area of the light detector 310 , in the present case as a microphone 315 is formed, a compression or increase in one of the in the cavity 40 the light detector unit 300 increasing and / or decreasing pressure of the reference gas 345 to reach. Through the targeted guidance of the pressure waves in the housing or on the microphone 315 a sensor performance of the light detector unit can 300 increase.

In einem weiteren Beispiel in 6 sind die Dellen 335 im Bereich einer Haltestruktur 60 einer Lichtdetektoreinheit 300 vis-a-vis zueinander angeordnet, wobei sie die Haltestruktur 60 nicht berühren. Eine solche Anordnung erlaubt eine Stabilisierung der Haltestruktur 60 bzw. des Trägers 20 und des auf dem Träger 20 angeordneten Mikrofons 315, wenn die Lichtdetektoreinheit 300 Erschütterungen ausgesetzt ist. Darüber hinaus erlaubt eine spezielle Anordnung der Delle 335 eine gezielte Übertragung von Druckwellen innerhalb des Hohlraums 40 im Gehäuse 30 der Lichtdetektoreinheit 300, beispielsweise zum Mikrofon 315.In another example in 6th are the dents 335 in the area of a holding structure 60 a light detector unit 300 arranged vis-a-vis each other, whereby they are the support structure 60 do not touch. Such an arrangement allows the holding structure to be stabilized 60 or the carrier 20th and the one on the carrier 20th arranged microphones 315 when the light detector unit 300 Exposed to vibrations. In addition, a special arrangement of the dent allows 335 a targeted transmission of pressure waves within the cavity 40 in the housing 30th the light detector unit 300 , for example to the microphone 315 .

In 7 ist ein weiteres Beispiel einer Lichtdetektoreinheit 300 veranschaulicht, bei der das Gehäuse 30 an zwei voneinander abgewandten Seiten zu jeweils einem Verschluss 70 gequetscht ist. Anhand des Beispiels soll die Vielseitigkeit und Flexibilität beim Einsatz der Vorrichtung 100 bzw. der Lichtemittereinheit 200 und/oder Lichtdetektoreinheit 300 gezeigt werden. Obwohl im Beispiel lediglich eine Lichtdetektoreinheit 300 veranschaulicht ist, gilt das im Folgenden gesagte auch für eine Vorrichtung 100, die als Lichtemittereinheit 200 ausgebildet ist. Demnach wurde zur Herstellung des Gehäuses 30 der Lichtdetektoreinheit 300 beispielsweise ein Glasrohr verwendet, in welches über die Haltestruktur 60 ein Träger 20 mit dem darauf angeordneten Lichtdetektor 310 bzw. Mikrofon 315 und ASIC 380 eingebracht wurde. Danach wurde der mit einem Referenz-Gas 345 gefüllte Hohlraum 40 des Glasrohrs anschließend durch ein Einquetschen von Molybdänstreifen 265 und den damit verbundenen Kontakt-Drähten 255 an den beiden offenen Enden des Glasrohrs ein hermetischer Verschluss 70 mit einer darin enthaltenen Schnittstelle 50 gebildet. Die Herstellung einer Lichtemittereinheit 200 erfolgt analog, wobei statt eines Lichtdetektors 310 einen Lichtemitter 210 auf seinem Träger 20 in das Glasrohr eingebracht wird.In 7th is another example of a light detecting unit 300 illustrates in the case of the housing 30th on two sides facing away from each other with one lock each 70 is squeezed. The example is intended to demonstrate the versatility and flexibility in using the device 100 or the light emitter unit 200 and / or light detector unit 300 to be shown. Although only a light detector unit in the example 300 is illustrated applies what is said below also applies to a device 100 that act as the light emitting unit 200 is trained. Accordingly, it was used to manufacture the housing 30th the light detector unit 300 For example, a glass tube is used, in which over the support structure 60 A carrier 20th with the light detector arranged on it 310 or microphone 315 and ASIC 380 was introduced. After that, the one with a reference gas 345 filled cavity 40 of the glass tube by squeezing in strips of molybdenum 265 and the associated contact wires 255 a hermetic seal at the two open ends of the glass tube 70 with an interface contained therein 50 educated. The manufacture of a light emitting unit 200 takes place analogously, whereby instead of a light detector 310 a light emitter 210 on its carrier 20th is introduced into the glass tube.

In 8 wird eine vereinfachte Darstellung eines Beispiels einer Lichtdetektoreinheit 300 mit einem Transceiver veranschaulicht. Der Transceiver entspricht dabei der Schnittstelle 50 der Lichtdetektoreinheit 300, wobei die als Transceiver gestaltete Schnittstelle 50 zum drahtlosen Austausch von Signalen der Lichtdetektoreinheit 300 mit weiteren Peripheriegeräten dient - nicht gezeigt. Gemäß dem Beispiel aus 8 ist der Transceiver zusammen mit dem Lichtdetektor 310 und einem ASIC 380 auf demselben Träger 20 angeordnet. Der Träger 20 kann beispielsweise aus Keramik-Material bestehen wobei eine galvanische Verbindung der Schnittstelle 50 über den ASIC 380 zum Lichtdetektor über Bonddrähte 390 erfolgt. Bei einem anderen Beispiel kann eine galvanische Verbindung über eine Leiterplatte erfolgen. Eine elektrische Speisung der einzelnen galvanisch verbundenen Elemente der Lichtdetektoreinheit 300 kann beispielsweise über einen in dem Gehäuse 30 der Lichtdetektoreinheit 300 angeordneten Akkumulator oder einem elektrischen Schwingkreis erfolgen - nicht gezeigt. Der Lichtdetektor 310 bzw. das Mikrofon 315 ist in einem Hohlraum 40 angeordnet, der mit einem Referenz-Gas 345 gefüllt ist.In 8th FIG. 11 is a simplified illustration of an example of a light detector unit 300 illustrated with a transceiver. The transceiver corresponds to the interface 50 the light detector unit 300 , whereby the interface designed as a transceiver 50 for the wireless exchange of signals from the light detector unit 300 is used with other peripheral devices - not shown. According to the example 8th is the transceiver together with the light detector 310 and an ASIC 380 on the same carrier 20th arranged. The carrier 20th can for example consist of ceramic material with a galvanic connection of the interface 50 via the ASIC 380 to the light detector via bond wires 390 he follows. In another example, a galvanic connection can be made via a printed circuit board. An electrical supply of the individual galvanically connected elements of the light detector unit 300 can for example have one in the housing 30th the light detector unit 300 arranged accumulator or an electrical oscillating circuit - not shown. The light detector 310 or the microphone 315 is in a cavity 40 arranged with a reference gas 345 is filled.

In dem Beispiel der 8 kann das Gehäuse 30 aus einem für eine vorherbestimmte Wellenlänge transparenten Material bestehen, wobei das Gehäuse 30 dann bereits als Filter wirkt. Das Gehäuse weist im vorliegenden Beispiel keinen speziellen Verschluss 70 auf, durch den Kontakt-Drähte aus dem Hohlraum 40 bzw. einem Inneren der Lichtdetektoreinheit 300 nach außen geführt sind. Um eine Darstellung der Elemente der Lichtdetektoreinheit zu vereinfachen, wurde im Beispiel der 8 von einer expliziten Veranschaulichung einer Haltestruktur 60 zur Fixierung des Trägers 20 abgesehen. Gemäß einem Beispiel ist der Träger 20 selbst zumindest teilweise in dem transparenten Material des Gehäuses 30 eingeschweißt und dadurch von diesem gehalten. Ein besonderer Vorteil des Beispiels gemäß der 8 liegt darin, dass die auf diese Weise gestaltete Lichtdetektoreinheit 300 mobil und flexibel eingesetzt werden kann, wobei ein Abstand und eine Orientierung zu einer Lichtemittereinheit 200, die Licht einer Wellenlänge des für das Gehäuse 30 der Lichtdetektoreinheit 310 transparenten Materials emittiert, beliebig wählbar ist.In the example of the 8th can the housing 30th consist of a material transparent to a predetermined wavelength, the housing 30th then already acts as a filter. In the present example, the housing does not have a special lock 70 on, through the contact wires from the cavity 40 or an interior of the light detector unit 300 are led to the outside. In order to simplify a representation of the elements of the light detector unit, in the example of 8th from an explicit illustration of a support structure 60 to fix the carrier 20th apart. According to one example, the carrier is 20th itself at least partially in the transparent material of the housing 30th welded in and thus held by this. A particular advantage of the example according to 8th lies in the fact that the light detector unit designed in this way 300 mobile and flexible can be used, with a distance and an orientation to a light emitter unit 200 , the light of a wavelength of the for the housing 30th the light detector unit 310 emitted transparent material, can be selected at will.

9 veranschaulicht eine vereinfachte Darstellung einer Anordnung einer Lichtemittereinheit 200 und einer Lichtdetektoreinheit 300 zu einem photoakustischen Gassensor 400. Dabei ist die Lichtemittereinheit über eine Schnittstelle 50 mit einer Platine 480 galvanisch verbunden und die Lichtdetektoreinheit 300 auf derselben Platine 480 in einem vorherbestimmten Abstand aufgeklebt. Je nach Art der elektrischen Speisung der Lichtemittereinheit 200 bzw. der Lichtdetektoreinheit 300 kann ihre Befestigung durch Löten, Kleben, Durchstecken und/oder Fassen eines Sockels in/auf der Platine 480 erfolgen. Der in der 9 vereinfacht dargestellte photoakustische Gassensor 400 weist eine Lichtemittereinheit 200 auf, die Licht 600 zumindest einer vorherbestimmten Wellenlänge in einer vorherbestimmten Wiederholungsfrequenz emittiert, und eine Lichtdetektoreinheit 300 mit einem Referenz-Gas 345 in seinem Hohlraum 40 zum Detektieren zumindest eines Teils des von der Lichtemittereinheit 200 emittierten Lichts 600, wobei zwischen der Lichtemittereinheit 200 und der Lichtdetektoreinheit 300 ein Übertragungsbereich 490 angeordnet ist, der eingerichtet ist, ein Test-Gas 500 aufzunehmen und/oder durchzuleiten, das Gasanteile des Referenz-Gases 345 in einer bestimmten Konzentration enthält, wobei der Lichtdetektor 310 ein Mikrofon 315 ist. Der Mikrofon 315 kann beispielsweise ein herkömmliches Mikrofon oder ein MEMS-Mikrofon, insbesondere ein MEMS-Si-Mikrofon sein. Eine vorteilhafte Anordnung kann beispielsweise Side-By-Side oder Face-To-Face auf einer standardisierten Platine 480 ausgeführt werden, wobei eine direkte Ausrichtung von Bauelementen in den jeweiligen transparenten Gehäusen 30 der Lichtemittereinheit 200 und Lichtdetektoreinheit 300 sehr einfach vorgenommen werden kann, um eine besonders hohe Leistung des photoakustischen Gassensors zu erreichen. 9 FIG. 11 illustrates a simplified representation of an arrangement of a light emitting unit 200 and a light detector unit 300 to a photoacoustic gas sensor 400 . The light emitter unit is via an interface 50 with a circuit board 480 galvanically connected and the light detector unit 300 on the same board 480 glued at a predetermined distance. Depending on the type of electrical supply to the light emitter unit 200 or the light detector unit 300 can be attached by soldering, gluing, pushing through and / or grasping a base in / on the board 480 respectively. The Indian 9 simplified photoacoustic gas sensor 400 has a light emitting unit 200 on that light 600 emits at least one predetermined wavelength at a predetermined repetition frequency, and a light detector unit 300 with a reference gas 345 in its cavity 40 for detecting at least a portion of the from the light emitting unit 200 emitted light 600 , with between the light emitting unit 200 and the light detector unit 300 a transmission area 490 is arranged, which is set up, a test gas 500 take up and / or pass through the gas components of the reference gas 345 contains in a certain concentration, the light detector 310 a microphone 315 is. The microphone 315 can for example be a conventional microphone or a MEMS microphone, in particular a MEMS-Si microphone. An advantageous arrangement can, for example, be side-by-side or face-to-face on a standardized circuit board 480 are carried out, with a direct alignment of components in the respective transparent housings 30th the light emitting unit 200 and light detector unit 300 can be made very easily in order to achieve a particularly high performance of the photoacoustic gas sensor.

Ein Nachweis von Gasanteilen, die dem Referenz-Gas 345 in der Lichtdetektoreinheit 300 entsprechen, gelingt mittels der Detektion eines akustischen Signals des Lichtdetektors 310 der als Mikrofon 315 ausgebildet ist Das akustische wird durch die Absorption von Anteilen von Licht 600 von dem Referenz-Gas 345 in dem Hohlraum 40 der Lichtdetektoreinheit 300 generiert, wobei Moleküle des Referenz-Gases 345 zu temperaturbedingten Schwingungen angeregt werden. Je höher eine Konzentration der Moleküle des Referenz-Gases 345 in dem Test-Gas 500 ist, desto mehr Anteile des Lichts 600, das von der Lichtemittereinheit 200 ausgestrahlt wird, werden von dem Test-Gas 500 absorbiert, wobei nur noch der restliche, nicht absorbierte Teil des Lichts 600 die Lichtdetektoreinheit 300 erreicht. Das von der Lichtemittereinheit 200 ausgestrahlte Licht 600 wird intermittierend mit einer vorherbestimmten Frequenz ausgestrahlt, so dass die Moleküle des Referenz-Gases 345 in dem Hohlraum 40 der Lichtdetektoreinheit 300 zu Schwingungen angeregt werden, die von dem Mikrofon 315 bzw. Lichtdetektor 310 erfasst werden können. Der photoakustische Effekt basiert darauf, dass Fotonen Energie der Absorption bei Stoßaktivierung mit Molekülen des Referenz-Gases 345 in kinetische Energie umwandeln. Dadurch gelingt eine selektive Detektion von Molekülen in Test-Gasen die einem Referenz-Gas 345 entsprechen. In Abhängigkeit von vorgegebenen Randbedingungen und Bedürfnissen des Benutzers kann eine Intensität des emittierten Lichts 600 der Lichtemittereinheit 200 und/oder der Übertragungsbereich 490 in dem photoakustischen Gassensor 400 gezielt gewählt oder beeinflusst werden.A proof of gas proportions that match the reference gas 345 in the light detector unit 300 correspond, succeeds by means of the detection of an acoustic signal of the light detector 310 as a microphone 315 The acoustic is formed by the absorption of parts of light 600 from the reference gas 345 in the cavity 40 the light detector unit 300 generated, taking molecules of the reference gas 345 are excited to temperature-related vibrations. The higher a concentration of the molecules of the reference gas 345 in the test gas 500 is, the more parts of the light 600 that comes from the light emitting unit 200 is broadcast, are from the test gas 500 absorbed, with only the remaining, unabsorbed part of the light 600 the light detector unit 300 reached. That from the light emitting unit 200 emitted light 600 is broadcast intermittently at a predetermined frequency so that the molecules of the reference gas 345 in the cavity 40 the light detector unit 300 vibrations are excited by the microphone 315 or light detector 310 can be captured. The photoacoustic effect is based on the fact that photons absorb energy during collision activation with molecules of the reference gas 345 convert into kinetic energy. This enables the selective detection of molecules in test gases that of a reference gas 345 correspond. Depending on the given boundary conditions and needs of the user, the intensity of the emitted light 600 the light emitting unit 200 and / or the transmission range 490 in the photoacoustic gas sensor 400 can be specifically chosen or influenced.

10 veranschaulicht stark vereinfacht eine Darstellung eines Anordnung eines Lichtemitters 210 und eines Lichtdetektors 310 relativ zueinander, wie sie in einem photoakustischen Gassensor 400 gemäß der Offenbarung vorliegen kann. Insbesondere zeigt die 10 einen auf einem Träger 20 angeordneten Lichtemitter 210, der in Form eines MEMS-IR-Emitters ausgebildet ist, wobei er Licht 600 einer vorherbestimmbaren Wellenlänge in Richtung des Lichtdetektors 310 ausstrahlt. Die gewählte Wellenlänge hängt von der Art des Referenz-Gases 345 in der Lichtdetektoreinheit 300 des photoakustischen Gassensors 400 ab. Dabei durchläuft ausgestrahlte Licht 600 einen Übertragungsbereich 490 bis zum Lichtdetektor 310 - hier eine MEMS-Mikrofon 315. In dem Übertragungsbereich 490 kann ein zu überprüfendes Test-Gas 500 vorhanden sein, dass eine Intensität des von dem Lichtemitter 210 ausgestrahlten Lichts 600 beeinflussen kann. Die Fotonen des Lichts 600, die die Lichtdetektoreinheit 300 erreichen regen das Referenz-Gas 345 in der Lichtdetektoreinheit 300 an - hier nicht gezeigt, wobei der Lichtdetektor 310 bzw. das Mikrofon 315 einen durch eine Bewegung der Moleküle des Referenz-Gases 345 in der Lichtdetektoreinheit 345 detektiert bzw. registriert. Der in der 10 veranschaulichte Lichtdetektor 310 bzw. das Mikrofon 315 sind ebenfalls auf einem Träger 20 angeordnet. Das Mikrofon 315 kann beispielsweise ein MEMS-Mikrofon, insbesondere en MEMS-Si-Mikrofon sein. Um eine direkte Bestrahlung des Mikrofons 315 zu vermeiden, ist der Träger 20 des MEMS-Mikrofons 315 zwischen dem Lichtemitter 210 und dem MEMS-Mikrofon 315 des Lichtdetektors 310 angeordnet, wobei der Träger 20 beispielsweise eine MEMS-Membran des MEMS-Mikrofons optisch und/oder elektromagnetisch abschirmt. Zweckmäßigerweise wird durch eine gezielte Anordnung des Trägers 20 der Lichtdetektoreinheit sowohl der ASIC als auch der Lichtdetektor 310 vor elektromagnetischen Störungen geschützt. Dadurch kann eine korrekte und optimale Funktion des photoakustischen Gassensor 400 gewährleistet werden. 10 illustrates, in a greatly simplified manner, a representation of an arrangement of a light emitter 210 and a light detector 310 relative to each other, as in a photoacoustic gas sensor 400 may be in accordance with the disclosure. In particular, shows the 10 one on a carrier 20th arranged light emitter 210 , which is designed in the form of a MEMS IR emitter, whereby it is light 600 a predetermined wavelength in the direction of the light detector 310 radiates. The chosen wavelength depends on the type of reference gas 345 in the light detector unit 300 of the photoacoustic gas sensor 400 from. The emitted light passes through it 600 a transmission range 490 to the light detector 310 - here a MEMS microphone 315 . In the transmission area 490 can be a test gas to be checked 500 be present that an intensity of the light emitter 210 emitted light 600 can affect. The photons of light 600 who have favourited the light detector unit 300 rain reach the reference gas 345 in the light detector unit 300 on - not shown here, with the light detector 310 or the microphone 315 one by moving the molecules of the reference gas 345 in the light detector unit 345 detected or registered. The Indian 10 illustrated light detector 310 or the microphone 315 are also on a carrier 20th arranged. The microphone 315 can for example be a MEMS microphone, in particular a MEMS-Si microphone. To direct irradiation of the microphone 315 to avoid is the carrier 20th of the MEMS microphone 315 between the light emitter 210 and the MEMS microphone 315 of the light detector 310 arranged, the carrier 20th for example optically and / or electromagnetically shield a MEMS membrane of the MEMS microphone. Appropriately, through a targeted arrangement of the carrier 20th the light detector unit, both the ASIC and the light detector 310 protected from electromagnetic interference. This enables correct and optimal functioning of the photoacoustic gas sensor 400 guaranteed.

Um einen anforderungsgerechten und flexiblen Einsatz bei der Nutzung zu gewährleisten, kann der photoakustische Gassensor 400 in einem Sensorgehäuse - hier nicht gezeigt - untergebracht werden, in dem sowohl die Lichtemittereinheit 200 als auch die Lichtdetektoreinheit 300 angeordnet sind. Dazu kann das Sensorgehäuse beispielsweise als Gehäuse eines SMD-Chips bzw. als oberflächenmontierbares Bauelement konfiguriert sein.The photoacoustic gas sensor 400 in a sensor housing - not shown here - are accommodated in which both the light emitter unit 200 as well as the light detector unit 300 are arranged. For this purpose, the sensor housing can be configured, for example, as a housing of an SMD chip or as a surface-mountable component.

Bei Beispielen kann der ASIC durch beliebige geeignete Schaltungsstrukturen implementiert werden, beispielsweise Mikroprozessorschaltungen, CMOS-Schaltungen und dergleichen. Bei Beispielen kann der ASIC als eine Kombination von Hardware-Strukturen und maschinenlesbaren Befehlen implementiert sein. Beispielsweise kann ASIC einen Prozessor und Speichereinrichtungen aufweisen, die maschinenlesbare Befehle speichern, die zur Durchführung von hierin beschriebenen Verfahren führen, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden.In examples, the ASIC can be implemented by any suitable circuit structure, such as microprocessor circuitry, CMOS circuitry, and the like. In examples, the ASIC can be implemented as a combination of hardware structures and machine-readable instructions. For example, the ASIC may have a processor and memory devices that store machine-readable instructions that result in the performance of methods described herein when they are executed by the processor.

Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung als Merkmale im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es klar, dass eine solche Beschreibung ebenfalls als eine Beschreibung entsprechender Verfahrensmerkmale betrachtet werden kann. Obwohl einige Aspekte als Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung auch als eine Beschreibung entsprechender Merkmale einer Vorrichtung bzw. der Funktionalität einer Vorrichtung betrachtet werden können.Although some aspects of the present disclosure have been described as features in connection with an apparatus, it is clear that such a description can also be viewed as a description of corresponding method features. Although some aspects have been described as features in connection with a method, it is clear that such a description can also be viewed as a description of corresponding features of a device or the functionality of a device.

In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn, es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.In the foregoing detailed description, in some cases various features have been grouped together in examples in order to streamline the disclosure. This nature of the disclosure should not be interpreted as the intent that the claimed examples have more features than are expressly stated in each claim. Rather, as the following claims reflect, subject matter may lie in less than all of the features of a single disclosed example. Accordingly, the following claims are hereby incorporated into the Detailed Description, with each claim standing as a separate example of its own. While each claim may stand as its own separate example, it should be noted that although dependent claims in the claims refer to a specific combination with one or more other claims, other examples also include a combination of dependent claims with the subject matter of any other dependent claim or one Combination of each feature with other dependent or independent claims. Such combinations are intended to be included unless it is stated that a specific combination is not intended. Furthermore, it is intended that a combination of features of a claim is also encompassed by any other independent claim, even if that claim is not directly dependent on the independent claim.

Gemäß Aspekt 1 weist eine Vorrichtung folgende Merkmale auf:

eine Mikrostruktur, die eine MEMS-Struktur oder eine MOEMS-Struktur aufweist, einen Träger, auf dem die Mikrostruktur angeordnet ist, ein Gehäuse, das aus einem für zumindest eine vorherbestimmte Wellenlänge eines Lichts transparenten Material besteht und einen Hohlraum, der die Mikrostruktur auf dem Träger direkt umgibt, hermetisch einkapselt.

According to aspect 1, a device has the following features:

a microstructure which has a MEMS structure or a MOEMS structure, a carrier on which the microstructure is arranged, a housing which consists of a material that is transparent for at least one predetermined wavelength of light and a cavity that holds the microstructure on the Surrounds carrier directly, hermetically encapsulated.

Gemäß Aspekt 2 umfasst die Vorrichtung nach Aspekt 1 ferner eine Schnittstelle, die eingerichtet ist, um mit der Mikrostruktur im Gehäuse Signale auszutauschen, und wobei die Schnittstelle zumindest teilweise in dem transparenten Material des Gehäuses eingekapselt ist.According to aspect 2, the device according to aspect 1 further comprises an interface which is set up to exchange signals with the microstructure in the housing, and wherein the interface is at least partially encapsulated in the transparent material of the housing.

Gemäß Aspekt 3 ist bei der Vorrichtung nach Aspekt 1 oder 2 das Gehäuse ein gequetschter oder wulstartig verschlossener Glaskolben.According to aspect 3, in the device according to aspect 1 or 2, the housing is a squeezed or bead-like closed glass bulb.

Gemäß Aspekt 4 ist bei der Vorrichtung nach Aspekt 3 das transparente Material des Gehäuses Weichglas oder Kalkglas oder Alkali-Erdalkali-Silikat-Glas.According to aspect 4, in the device according to aspect 3, the transparent material of the housing is soft glass or lime glass or alkali-alkaline-earth-silicate glass.

Gemäß Aspekt 5 ist bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 4 der Träger aus Keramik und/oder Metall hergestellt.According to aspect 5, in the device according to one of the preceding aspects 1 to 4, the carrier is made of ceramic and / or metal.

Gemäß Aspekt 6 weist bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 2 bis 5 der Träger eine Haltestruktur auf, die eingerichtet ist, um den Träger beim Einbringen und Anordnen in dem Gehäuse zu handhaben, und wobei die Haltestruktur eingerichtet ist, um nach ihrem zumindest teilweisen hermetischen Einkapseln im Gehäuse einen Teil der Schnittstelle zu bilden.According to aspect 6, in the device according to one of the preceding aspects 2 to 5, the carrier has a holding structure which is designed to handle the carrier when it is introduced and arranged in the housing, and wherein the holding structure is designed to at least partially Hermetically encapsulating the housing to form part of the interface.

Gemäß Aspekt 7 ist bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 6 ein Teil der Schnittstelle durch das Gehäuse nach außen geführt, wobei die Materialien der nach außen geführten Schnittstelle in dem gequetschten oder wulstartig gefassten Bereich des Gehäuses einen gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen wie das Gehäuse.According to aspect 7, in the device according to one of the preceding aspects 1 to 6, part of the interface is led through the housing to the outside, the materials of the interface leading to the outside in the pinched or bead-like area of the housing having the same coefficient of thermal expansion as the housing .

Gemäß Aspekt 8 bildet bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 7 die Vorrichtung eine Lichtemittereinheit, deren Mikrostruktur einen Lichtemitter für einen photoakustischen Gassensor aufweist.According to aspect 8, in the device according to one of the preceding aspects 1 to 7, the device forms a light emitter unit, the microstructure of which has a light emitter for a photoacoustic gas sensor.

Gemäß Aspekt 9 liegt bei der Vorrichtung nach Aspekt 8 in dem Hohlraum ein Vakuum vor oder ist ein nicht-IR-aktives Schutz-Gas vorhanden.According to aspect 9, in the device according to aspect 8, a vacuum is present in the cavity or a non-IR-active protective gas is present.

Gemäß Aspekt 10 bildet bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 bis 7 die Vorrichtung eine Lichtdetektoreinheit, deren Mikrostruktur einen Lichtdetektor für einen photoakustischen Gassensor aufweist.According to aspect 10, in the device according to one of the preceding aspects 1 to 7, the device forms a light detector unit, the microstructure of which has a light detector for a photoacoustic gas sensor.

Gemäß Aspekt 11 ist bei der Vorrichtung nach Aspekt 10 in dem Hohlraum ein Referenz-Gas vorhanden.According to aspect 11, in the device according to aspect 10, a reference gas is present in the cavity.

Gemäß Aspekt 12 weist bei der Vorrichtung nach Aspekt 10 oder 11 das Gehäuse an vorherbestimmten Stellen Dellen auf, die konfiguriert sind, den Träger in dem Gehäuse zu stabilisieren und/oder Druckwellen des Referenz-Gases in dem Hohlraum gezielt zu leiten.According to aspect 12, in the device according to aspect 10 or 11, the housing has dents at predetermined locations which are configured to stabilize the carrier in the housing and / or to guide pressure waves of the reference gas in the cavity in a targeted manner.

Gemäß Aspekt 13 bei der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Aspekte 10 bis 12 der Lichtdetektor ein Mikrofon auf, das konfiguriert ist, zumindest eine Druckschwankung des Referenz-Gases zu erfassen, die mit einer Wiederholungsfrequenz eines von dem Lichtdetektor detektierten Lichts oszilliert.According to aspect 13, in the device according to one of the preceding aspects 10 to 12, the light detector has a microphone which is configured to detect at least one pressure fluctuation of the reference gas that oscillates at a repetition frequency of a light detected by the light detector.

Gemäß Aspekt 14 umfasst ein Photoakustischer Gassensor: eine Lichtemittereinheit nach Aspekt 8 oder 9, die Licht zumindest einer vorherbestimmten Wellenlänge in einer vorherbestimmten Wiederholungsfrequenz emittiert, und eine Lichtdetektoreinheit nach einem der vorhergehenden Aspekte 10 bis 13, mit einem Referenz-Gas in seinem Hohlraum zum Detektieren zumindest eines Teils des von der Lichtemittereinheit emittierten Lichts, wobei zwischen der Lichtemittereinheit und der Lichtdetektoreinheit ein Übertragungsbereich angeordnet ist, der eingerichtet ist, ein Test-Gas aufzunehmen und/oder durchzuleiten, das Gasanteile des Referenz-Gases in einer bestimmten Konzentration enthält, wobei der Lichtdetektor ein Mikrofon ist.According to aspect 14, a photoacoustic gas sensor comprises: a light emitting unit according to aspect 8 or 9, which emits light of at least one predetermined wavelength at a predetermined repetition frequency, and a light detector unit according to one of the preceding aspects 10 to 13, with a reference gas in its cavity for detection at least part of the light emitted by the light emitter unit, wherein a transmission area is arranged between the light emitter unit and the light detector unit, which is set up to receive and / or pass through a test gas that contains gas components of the reference gas in a certain concentration, the Light detector is a microphone.

Gemäß Aspekt 15 ist bei dem photoakustischen Gassensor nach Aspekt 14 in einem Strahlengang des vom Lichtemitter emittierten Lichts der Träger der Lichtdetektoreinheit vor einem Mikrofon angeordnet, das auf demselben Träger montiert ist.According to aspect 15, in the photoacoustic gas sensor according to aspect 14, in a beam path of the light emitted by the light emitter, the carrier of the light detector unit is arranged in front of a microphone which is mounted on the same carrier.

Gemäß Aspekt 16 ist bei dem photoakustischen Gassensor nach Aspekt 14 oder 15, die Lichtemittereinheit und/oder Lichtdetektoreinheit auf einer oder derselben Platine angelötet und/oder angeklebt und/oder in der Platine durchgesteckt und/oder in einem auf der Platine befestigten Sockel gefasst.According to aspect 16, in the photoacoustic gas sensor according to aspect 14 or 15, the light emitter unit and / or light detector unit is on a or soldered on and / or glued to the same board and / or inserted into the board and / or captured in a base fastened on the board.

Gemäß Aspekt 17 umfasst der photoakustische Gassensor nach einem der vorhergehenden Aspekte 14 bis 16, ferner ein Sensorgehäuse in dem die Lichtemittereinheit und die Lichtdetektoreinheit angeordnet sind, wobei das Sensorgehäuse des photoakustischen Gassensors als ein oberflächenmontierbares Bauelement konfiguriert ist.According to aspect 17, the photoacoustic gas sensor according to one of the preceding aspects 14 to 16 further comprises a sensor housing in which the light emitter unit and the light detector unit are arranged, the sensor housing of the photoacoustic gas sensor being configured as a surface-mountable component.

Gemäß Aspekt 18 weist eine Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung das folgende Merkmale auf: Anordnen zumindest einer Mikrostruktur auf einem Träger, Einbringen und Anordnen des Trägers mit der darauf angeordneten zumindest einen Mikrostruktur in einem Hohlraum eines Gehäuses, das aus einem für zumindest eine vorherbestimmte Wellenlänge eines Lichts transparenten Material besteht, Einkapseln des Trägers mit der darauf angeordneten zumindest einen Mikrostruktur in dem Hohlraum des Gehäuses, so dass der Hohlraum hermetisch verschlossen wird, wobei das Material des Gehäuses gequetscht oder wulstartig abgedichtet wird.According to aspect 18, a method for producing a device has the following features: arranging at least one microstructure on a carrier, introducing and arranging the carrier with the at least one microstructure arranged thereon in a cavity of a housing that consists of a for at least one predetermined wavelength Light-transparent material consists, encapsulating the carrier with the at least one microstructure arranged thereon in the cavity of the housing, so that the cavity is hermetically sealed, the material of the housing being squeezed or sealed in the manner of a bead.

Gemäß Aspekt 19 weist bei Verfahren nach Aspekt 18 der Träger eine Haltestruktur auf, die eingerichtet ist, den Träger mit der darauf angeordneten zumindest einen Mikrostruktur in dem Hohlraum des Gehäuses einzubringen und anzuordnen, wobei die Haltestruktur des Trägers eine Schnittstelle bildet, die eingerichtet ist, um mit der Mikrostruktur im Gehäuse Signale auszutauschen, wobei die Schnittstelle an einer Stelle durch das Gehäuse geführt ist, an der das Material des Gehäuses gequetscht oder wulstartig abgedichtet wird.According to aspect 19, in the method according to aspect 18, the carrier has a holding structure which is set up to introduce and arrange the carrier with the at least one microstructure arranged thereon in the cavity of the housing, the holding structure of the carrier forming an interface which is set up in order to exchange signals with the microstructure in the housing, the interface being passed through the housing at a point at which the material of the housing is squeezed or sealed like a bead.

Gemäß Aspekt 20 wird bei dem Verfahren nach Aspekt 18 auf dem Träger der Mikrostruktur zusätzlich eine drahtlose Schnittstelle vorgesehen, die eingerichtet ist, um mit der Mikrostruktur im Gehäuse Signale auszutauschen.According to aspect 20, in the method according to aspect 18, a wireless interface is additionally provided on the carrier of the microstructure, which interface is set up to exchange signals with the microstructure in the housing.

Die oben beschriebenen Beispiele sind nur darstellend für die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung. Es ist zu verstehen, dass Modifikationen und Variationen der Anordnungen und der Einzelheiten, die beschrieben sind, für Fachleute offensichtlich sind. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nur durch die beigefügten Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die zum Zweck der Beschreibung und Erklärung der Beispiele dargelegt sind, begrenzt ist. The examples described above are only illustrative of the principles of the present disclosure. It is to be understood that modifications and variations in the arrangements and details described will be apparent to those skilled in the art. It is therefore intended that the disclosure be limited only by the appended claims, and not by the specific details set forth for the purpose of describing and explaining the examples.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100: Vorrichtung contraption
1010: MikrostrukturMicrostructure
2020th: Trägercarrier
3030th: Gehäusecasing
4040: Hohlraumcavity
5050: Schnittstelleinterface
6060: HaltestrukturHolding structure
7070: Verschluss Clasp
200200: LichtemittereinheitLight emitter unit
210210: LichtemitterLight emitter
255255: Kontakt-DrahtContact wire
265265: MolybdänstreifenMolybdenum strips
245245: Schutz-Gas oder VakuumProtection gas or vacuum
290290: Bonddraht Bond wire
300300: LichtdetektoreinheitLight detector unit
310310: LichtdetektorLight detector
315315: Mikrofonmicrophone
335335: DellenDents
336336: innere Kontur des Gehäusesinner contour of the case
345345: Referenz-GasReference gas
380380: ASICASIC
390390: BonddrahtBond wire
395395: Kontakt-Pads Contact pads
400400: Photoakustischer GassensorPhotoacoustic gas sensor
480480: Platinecircuit board
490490: Übertragungsbereich Transmission range
500500: Test-GasTest gas
600600: Licht des Emitters (einer vorherbestimmten Wellenlänge)Light from the emitter (of a predetermined wavelength)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 2016/0313288 A1 [0004]

Claims

Device (100) with the following features: a microstructure (10) which has a MEMS structure or a MOEMS structure, a carrier (20) on which the microstructure (10) is arranged, a housing (30) which consists of a material that is transparent to at least one predetermined wavelength of light and hermetically encapsulates a cavity (40) which directly surrounds the microstructure (10) on the carrier (20).

Device (100) according to Claim 1 wherein the device further comprises an interface (50) which is set up to exchange signals with the microstructure (10) in the housing (30), and wherein the interface (50) is at least partially encapsulated in the transparent material of the housing (30) is.

Device (100) according to Claim 1 or 2 , wherein the housing (30) is a squeezed or bead-like closed glass bulb.

Device (100) according to Claim 3 wherein the transparent material of the housing (30) is soft glass or lime glass or alkali-earth-alkaline-earth-silicate glass.

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the carrier (20) is made of ceramic and / or metal.

Device (100) according to one of the preceding Claims 2 to 5 , wherein the carrier (20) has a holding structure (60) which is set up to handle the carrier (20) when it is introduced and arranged in the housing (30), and wherein the holding structure (60) is set up to follow its at least partially hermetically encapsulating in the housing (30) to form part of the interface (50).

Device (100) according to one of the preceding claims, wherein a part of the interface (50) is led through the housing (30) to the outside, and wherein the materials of the interface (50) led to the outside in the pinched or bead-like gripped area of the housing (30) have the same coefficient of thermal expansion as the housing (30).

Device (100) according to one of the preceding Claims 1 to 7th wherein the device (100) forms a light emitter unit (200), the microstructure (10) of which has a light emitter (210) for a photoacoustic gas sensor (400).

Device (100) according to Claim 8 , wherein a vacuum (245) is present in the cavity (40) or a non-IR-active protective gas (245) is present.

Device (100) according to one of the preceding Claims 1 to 7th wherein the device (100) forms a light detector unit (300), the microstructure (10) of which has a light detector (310) for a photoacoustic gas sensor (400).

Device (100) according to Claim 10 , a reference gas (345) being present in the cavity (40).

Device (100) according to Claim 10 or 11 wherein the housing (30) has dents (335) at predetermined locations which are configured to stabilize the carrier (20) in the housing (30) and / or pressure waves of the reference gas (345) in the cavity (40) to guide in a targeted manner.

Device (100) according to one of the preceding Claims 10 to 12th wherein the light detector comprises a (310) microphone (315) configured to detect at least one pressure fluctuation of the reference gas (345) that oscillates at a repetition frequency of a light detected by the light detector (310).

A photoacoustic gas sensor (400) comprising: a light emitting unit (200) according to Claim 8 or 9 that emits light (600) of at least one predetermined wavelength at a predetermined repetition frequency, and a light detector unit (300) according to one of the preceding Claims 10 to 13th , with a reference gas (345) in its cavity (40) for detecting at least part of the light (600) emitted by the light emitter unit (200), wherein a transmission area (480 ), which is set up to receive and / or pass through a test gas (500) which contains gas components of the reference gas (345) in a certain concentration, the light detector (310) being a microphone (315).

Photoacoustic gas sensor (400) according to Claim 14 wherein in a beam path of the light (600) emitted by the light emitter (210) the carrier (20) of the light detector unit (300) is arranged in front of a microphone (315) which is mounted on the same carrier (20).

Photoacoustic gas sensor (400) according to Claim 14 or 15th , wherein the light emitter unit (200) and / or light detector unit (300) soldered and / or glued to one or the same board (480) and / or inserted into the board (480) and / or in a base fastened on the board (480) are taken.

Photoacoustic gas sensor (400) according to one of the preceding Claims 14 to 16 , further comprising: a sensor housing in which the light emitter unit (200) and the light detector unit (300) are arranged, wherein the sensor housing of the photoacoustic gas sensor (400) is configured as a surface-mountable component.

Method for producing a device (100) having the following features: Arranging at least one microstructure (10) on a carrier (20), Introducing and arranging the carrier (60) with the at least one microstructure (10) arranged thereon in a cavity (40) of a housing (30) which consists of a material that is transparent for at least one predetermined wavelength of light (600), Encapsulating the carrier (60) with the at least one microstructure (10) arranged thereon in the cavity (40) of the housing (30) so that the cavity (40) is hermetically sealed, wherein the material of the housing (30) is squeezed or sealed in the form of a bead.

Procedure according to Claim 18 , wherein the carrier (20) has a holding structure (60) which is set up to introduce and arrange the carrier (20) with the at least one microstructure (10) arranged thereon in the cavity (40) of the housing (30), and wherein the holding structure (60) of the carrier (60) forms an interface (50) which is set up to exchange signals with the microstructure (10) in the housing (30), the interface (50) at one point through the housing (30 ) is performed, on which the material of the housing (30) is squeezed or sealed in the form of a bead.

Procedure according to Claim 18 wherein a wireless interface (50) is additionally provided on the carrier (20) of the microstructure (10), which is set up to exchange signals with the microstructure (10) in the housing (30).