DE4218883C2 - Gassensorsystem mit auf Leiterplatte integrierten Gassensoren - Google Patents

Gassensorsystem mit auf Leiterplatte integrierten Gassensoren

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Description

Aus den Druckschriften DE 39 05 993 A1, DE 39 17 519 A1, DE 40 10 493 A1, DE 40 37 479 A1, DE 40 39 869 A1, PCT/EP 90/01739, DE 41 07 220 A1, DE 41 07 221 A1, DE 41 11 113 A1, ist bekannt, Phthalocyanin als sensitive Oberfläche auf ein Substrat aufzubringen.
Es ist weiter bekannt, derartig beschichtete Substrate, im folgenden Sensoren genannt, in Gehäuse einzubauen, wobei die auf dem Sensor befindlichen Anschlußkontakte mit dünnen Dräh­ ten, vorzugsweise aus Edelmetall, mit den weiterführenden Kontakten des Gehäuses verbunden werden.
Manche Sensoren bedürfen einer relativ aufwendigen Elektro­ nik, um den Sensor zu betreiben. Im Falle eines Phthalocya­ nin-Gassensors, der auf einem Siliziumsubstrat aufgebracht ist, sind insgesamt sechs elektrische Kontakte nach außen zu führen:
  • 1. Heizung
  • 2. Sensor-Oberflächenwiderstand
  • 3. Referenztemperaturwiderstand (jeweils zwei Kontakte)
Die derzeit benutzte Technik ist kostenintensiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Apparat zum Aufspüren geringer Gaskonzentrationen mit Hilfe eines gassen­ sitiven Sensorelements, dessen Signale von einer Steuerelek­ tronik ausgeweitet werden, zu schaffen, der zuverlässig und preiswert hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es wird vorgeschlagen, ein Sensorelement 9 und eine Elektro­ nik 6 auf einer einzigen gedruckten Leiterplatte 5 aufzubau­ en.
Die Leiterplatte 5 wird dabei so organisiert, daß ein Teil der Leiterplatte 5 die Steuerungselektronik 6 aufnimmt. Im anderen Teil befinden sich ein oder mehrere Sensoren 1, 4.
Um eine thermische Entkopplung der Sensoren 1, 4 zu erreichen wird vorgeschlagen, in den Teil der Platine bzw. Leiterplatte 5, der zur Aufnahme der Sensoren 1, 4 bestimmt ist, Ausbrüche bzw. Ausspannungen 2, 3 einzubringen, die etwas größer sind, als der darin zu plazierende Sensor 1, 4.
Das Sensorelement 9 jedes Sensors 1, 4 wird mit dünnen Ver­ bindungsdrähten 7 an entsprechende Lötpunkte auf der gedruck­ ten Schaltung bzw. Leiterplatte 5 angeschlossen.
Fig. 1 zeigt prinzipiell diesen Aufbau. Die so aufgebaute Leiterplatte 5 kann in ein Gehäuse eingebracht werden, bei dem durch eine Lippe hermetisch abgeschlossen die Steuerung­ selektronik 6 mechanisch geschützt ist, während das zu prü­ fende Gas ungehindert an die Sensoren 1, 4 anströmen kann.
Die Anordnung der Sensoren 1, 4 macht einen Aufbau derselben ähnlich Fig. 2 notwendig.
Träger 8 des Sensorelementes 9 ist eine dünne Scheibe, vor­ zugsweise aus Keramik (Al2O3). An diese Trägerplatine 8 wer­ den dünne Verbindungsdrähte 7 an entsprechenden Kontaktpunk­ ten angebracht, die vorzugsweise aus einem Material bestehen, welches auch bei Vibrationen nicht versprödet. Mit diesen Verbindungsdrähten 7 wird die Trägerplatine (8) mit dem sich darauf befindenden Sensorelement 9 an die gedruckte Schaltung bzw. die Leiterplatte 5 angeschlossen. Wie erwähnt werden die auf dem Substrat befindlichen Sensorkontakte ihrerseits mit dünnen Verbindungsdrähten 10 aus Edelmetall mit der Träger­ platine 8 verbunden.
Fig. 3 zeigt diesen Aufbau in perspektivischer, räumlicher Darstellung.
Die Grundidee ist selbstverständlich auch für andere Sensor­ prinzipien, so z. B. für Zinndioxid-Sensoren, verwendbar.
Grundidee ist stets, auf der Leiterplatte bzw. Hauptplatine eine Aussparung vorzunehmen, in die der kleinere Sensor ein­ gelegt wird, der seinerseits durch dünne Verbindungsdrähte mit der Hauptplatine verbunden wird. So ist eine thermische Entkopplung vorteilhaft gewährleistet und eine kostengünstige Fertigung ermöglicht.

Claims (4)

1. Apparat zum Aufspüren geringer Gaskonzentrationen mit Hilfe eines gassensitiven Sensorelementes, dessen Signale von einer Steuerelektronik ausgewertet werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Apparat aus einer gedruckten Leiterplatte (5) besteht, die Aussparungen zur Aufnahme des Sensorelemen­ tes (9) enthält, in welche das Sensorelement (9) thermisch entkoppelt eingepaßt ist und durch elektrische Verbindungs­ drähte (7) mit der gedruckten Leiterplatte (5) verbunden ist.
2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (9) auf einem Träger (8) aufgeklebt ist, wobei das Sensorelement (9) über dünne Verbindungsdrähte (10) mit Kontaktpunkten auf dem Träger (8) verbunden ist und wobei auf diese Kontaktpunkte die Verbindungsdrähte (7) angeschlossen sind.
3. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (8) einseitig eine Heizung aufweist und auf der ande­ ren Seite eine interdigitale Kontaktstruktur aufweist, die direkt mit einer gassensitiven Schicht ausgestattet ist.
4. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen gedruck­ te Leiterplatte (5) zwei Aussparungen (2, 3) aufweist, in de­ nen jeweils ein ein Sensorelement (9) aufweisender Sensor (1) bzw. (4) aufgenommen ist.
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