EP2558826A1 - Luftmassenmesser - Google Patents

Luftmassenmesser

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Publication number
EP2558826A1
EP2558826A1 EP11713804A EP11713804A EP2558826A1 EP 2558826 A1 EP2558826 A1 EP 2558826A1 EP 11713804 A EP11713804 A EP 11713804A EP 11713804 A EP11713804 A EP 11713804A EP 2558826 A1 EP2558826 A1 EP 2558826A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
sensor chip
air mass
region
mass meter
Prior art date
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Ceased
Application number
EP11713804A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten Knittel
Stephan Schürer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2558826A1 publication Critical patent/EP2558826A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/69—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element of resistive type
    • G01F1/692—Thin-film arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6845—Micromachined devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F5/00—Measuring a proportion of the volume flow

Definitions

  • the invention relates to an air mass meter with a sensor chip, wherein the sensor chip is constructed as a micro-electro-mechanical system and has a sensor element, an electronic ⁇ cal evaluation circuit and an electronic oscillator and wherein the sensor chip is mounted on a support member with an adhesive.
  • Air mass meters are suitable for detecting a mass flow of a fluid in a flow channel.
  • a flow channel may for example be an intake tract of an internal combustion engine.
  • the air mass senmesser mass flow diagnoses can be performed, and also take control of the internal combustion engine, for example, the operation of the internal combustion engine. For these purposes, it is important to record the actual mass flow reliably and as accurately as possible even under different operating conditions.
  • DE 197 24 659 A1 discloses a mass flow sensor device comprising a sensor element.
  • the sensor element is arranged and integrated on a separate chip. Further, an evaluation is disclosed, which is separately formed, but is electrically coupled to the sensor unit.
  • DE 101 35 142 A1 discloses a mass flow sensor device having a housing body in which a sensor element of a mass flow sensor is arranged.
  • the housing body has an input region from which a medium flow flows into a measuring channel in which the sensor element is arranged. Furthermore, the housing body has a precipitation opening, from which liquid and solid particles flow and thus flow past the measurement channel.
  • the object of the invention is to provide an air mass meter, which allows a particularly reliable and accurate aus ⁇ evaluation. The object is solved by the features of the independent claim. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized in that the sensor chip is divided into a first region and a second region, wherein the attachment of the sensor chip to the carrier element with the adhesive takes place exclusively in the first region and the sensor element and the oscillator are arranged in the second region.
  • the bonding of the sensor chip to the carrier element leads to a first region in which it can come by thermal influences to enormous material stresses.
  • the different coefficients of thermal expansion of the material of the carrier element and the sensor chip lead to a material stress, which has a particular effect on certain electronic circuits.
  • the oscillator works very stable, which is a high-quality time standard available for data processing.
  • the sensor element is protected by its stress-free arrangement from mechanical stresses, which increases its life and on the other ⁇ ren a particularly accurate measurement of a mass flow made ⁇ light.
  • the carrier element is designed as a stamped sheet metal part. Stamped sheet metal parts are known as lead frames and they are widely used because of their günsti ⁇ gen production costs. Especially as carriers for sensor elements and electronic circuits for the automotive industry, stamped sheet metal parts have proven particularly useful .
  • the sensor element is designed as a membrane. On the membrane, a first and a second temperature sensor and a heating element may be formed. Such a designed sensor element has particularly good sensor properties. The passing air masses can be detected very accurately and quickly with this sensor element.
  • FIG. 1 shows a side view of an air mass meter
  • FIG. 2 shows a plan view of the air mass meter known from FIG. 1,
  • Figure 3 shows the air mass meter known from Figures 1 and 2 in its installed position in a flow channel.
  • FIG. 1 shows an air mass meter 1 with a sensor chip 2 and a carrier element 7.
  • the carrier element 7 can be used as a
  • the sensor chip 2 has evaluation electronics 5, a sensor element 4 and an oscillator 3.
  • the sensor element 4 can be applied as a membrane on the sensor chip 2 in micromechanical processing.
  • the oscillator 3 is designed as an electronic circuit and necessary for accurate and accurate data processing. It is important that the oscillator 3 oscillates at a mög ⁇ lichst precise and always constant frequency.
  • the sensor chip 2 is applied to the carrier element 7 with an adhesive material ⁇ . 6
  • the support member 7 may be made of metal, for example, and the sensor chip 2 made of silicon. Metals and silicon have different coefficients of thermal expansion , so that when there is a change in temperature, mechanical stress on the sensor chip 2 in the sensor chip 2 occurs first area 10 is coming.
  • the sensor chip 2 has a second region 9, which is stress-free, since it has no adhesive connection to the carrier element 7. In this second area, both the oscillator 3 and the sensor element 4 is formed ⁇ .
  • the arrangement of the sensor element 4 and the Oszilla ⁇ sector 3 in the stress-free second region 9 leads to a very accurate measurement result of the air mass meter 1.
  • the oscillator 3 can oscillate at a precisely fixed and fixed frequency, and on the other are applied in the sensor element 4 mechanical components are not mechanically loaded, so that a particularly accurate Erfas ⁇ tion of the air mass flow can be done.
  • bonding wires 8 can be seen in FIG. 1, which electrically connect the sensor chip 2 to the carrier element 7.
  • the Samele ⁇ ment 7, which may be formed, for example, as a leadframe a connection to the subsequent electronics in the motor vehicle is made. This may be, for example, an engine control unit.
  • Figure 2 shows a plan view of the prior art of Figure 1 the air mass meter 1.
  • the sensor chip 2 with the oscillator 3, the sensor element 4 and the transmitter 5.
  • the adhesive 6 to ⁇ interpreted, of the sensor chip 2 the carrier element 7 ver ⁇ binds.
  • a first region 10 is created, which is subjected to mechanical stress due to temperature changes.
  • a second region 9 which is completely stress-free, the oscillator 3 and the sensor element 4 are arranged.
  • the Bonddräh ⁇ te 8 can be seen connecting the sensor chip to the carrier element 7 electrically.
  • an air mass meter 1 is shown, which may be arranged for example in a motor vehicle.
  • the air mass meter 1 is arranged in a flow channel 11 and in this a fluid flow, such.
  • the flow channel 11 is formed, for example, as a bypass channel of a housing body 13, which is preferably arranged ⁇ downstream downstream of an air filter in an intake ⁇ tract an internal combustion engine of the motor vehicle.
  • the flow channel 11 is delimited by an upper channel wall and a lower channel wall of the housing body 13.
  • the housing body 13 is typically configured to supply a portion of the air stream in the intake tract via a pre give ⁇ NEN course of the bypass channel to the air mass meter 1 without larger particles, such. As sand or dust particles to carry. Such particles can destroy the Heilmas ⁇ senmesser 1 and make us unusable.
  • a predetermined flow direction 12 of the fluid flow in the flow channel 11 is shown in FIG. 3 by means of an arrow.
  • the sensor chip 2 of the air mass meter 1 is preferably designed as a micro-electro-mechanical system (MEMS).
  • An evaluation electronics 5, a sensor element 4 and an oscillator 3 are integrated on the sensor chip 2.
  • the sensor element 4 has a cantilevered membrane, which is formed, for example, as a silicon nitride and / or silicon oxide layer and, for example, has a membrane thickness of 5 ⁇ m.
  • the membrane is arranged in a frame of the sensor chip 2.
  • the membrane is produced, for example, by means of etching of a silicon wafer which is coated with the silicon nitride and / or silicon oxide layer.
  • a first and a second temperature sensor and a heating element are arranged on the membrane.
  • the first and second temperature sensors are designed, for example, as thermocouples which, based on the sea basin Effect each provide a respective voltage which is representative of a respective temperature, which is detected by means of the respective temperature sensor.
  • the heating element is formed for example as a resistance element, which is preferably disposed along a central longitudinal axis of the air mass senmessers 1 on the membrane.
  • the resistance element comprises at least one conductor track which heats the membrane due to a current flow through the at least one conductor track.
  • the first and second temperature ⁇ sensor are arranged on a surface of the membrane on which the heating element is arranged.
  • the first and second temperature sensors are arranged laterally of the heating element on different sides of the heating element.
  • the air mass sensor 1 is preferably arranged in the Strö ⁇ flow duct 11, that a surface of the sensor chip 2, on which the sensor element 4 and the evaluation electronics 5 are ⁇ arranged to, is oriented substantially parallel to the flow direction of the fluid flow.
  • the evaluation electronics 5 are designed to determine a temperature difference as a function of the respectively provided voltage of the first and second temperature sensor and the detected temperature represented thereby, and to make available a sensor signal at a connection integrated on the sensor chip 2 on the output side thereof. len.
  • the sensor signal is representative of a mass flow of the fluid flow through the flow channel 11.
  • the connection can be designed, for example, as bond pads, which allow an electrical connection to the carrier element 7 and thus to the following vehicle electronics with bonding wires 8.
  • the evaluation electronics 5 may be coated on the sensor chip S at least in regions with a protective layer C in order to to prevent damage by dirt particles in the air flow.
  • a protective layer C in order to prevent damage by dirt particles in the air flow.
  • only the portion of the Ausreteelekt ⁇ ronik 5 is coated with the protective layer, in particular of the directly ⁇ sondere during operation of the internal combustion engine of
  • Motor vehicle is the fluid flow in the flow channel FC divided ⁇ sets.
  • the entire area of the evaluation electronics 5 on the sensor chip 2 may be coated with the protective layer.
  • the protective layer is applied to the sensor chip 2 in such a way that the sensor element 4 is not coated.
  • the protective layer is formed as a polyimide layer being ⁇ and is applied in a manufacturing step of the mass flow sensor LMM produced in MEMS process steps to the corresponding area of the sensor chip. 2
  • the mass flow sensor LMM is preferably already assembled or manufactured before the application of the protective layer and / or can already be used to determine the mass flow.
  • a polyimide plastic can be dissolved in a solvent and sprayed onto the corresponding regions of the sensor chip 2. Thereafter, the solvent evaporates and by means of heating of the sensor chip S, the reaction takes place in the finished polyimide layer.
  • ⁇ play a layer thickness of 5 is applied ⁇ to ensure adequate protection against moisture and particles in the fluid stream.
  • the entire sensor chip S can be subjected to the polyimide layer and, in a subsequent production step, the region of the sensor element SU and possibly further regions of the sensor chip S can be selectively removed from the polyimide layer .
  • the polyimide may be applied in a single manufacturing step already selectively on the sensor chip S, wherein at least the portions of the sensor element 2 ⁇ be omitted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Luftmassenmesser mit einem Sensorchip, wobei der Sensorchip als Micro-Electro-Mechanisches-System aufgebaut ist und ein Sensorelement, eine elektronische Auswerteschaltung und einen elektronischen Oszillator aufweist und wobei der Sensorchip auf einem Trägerelement mit einem Klebstoff befestigt ist. Um einen Luftmassenmesser anzugeben, der eine besonders zuverlässige und genaue Datenauswertung ermöglicht, ist der Sensorchip (2) in einen ersten Bereich (10) und einen zweiten Bereich (9) aufgeteilt, wobei die Befestigung des Sensorchips (2) am Trägerelement (7) mit dem Klebstoff (6) ausschließlich in dem ersten Bereich (10) erfolgt und das Sensorelement (4) und der Oszillator (3) in dem zweiten Bereich (9) angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Luftmassenmesser Die Erfindung betrifft einen Luftmassenmesser mit einem Sensorchip, wobei der Sensorchip als Micro-Electro-Mechanisches- System aufgebaut ist und ein Sensorelement, eine elektroni¬ sche Auswerteschaltung und einen elektronischen Oszillator aufweist und wobei der Sensorchip auf einem Trägerelement mit einem Klebstoff befestigt ist.
Luftmassenmesser sind geeignet zum Erfassen eines Massenstroms eines Fluids in einem Strömungskanal. Ein derartiger Strömungskanal kann beispielsweise ein Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine sein. Abhängig von dem durch den Luftmas¬ senmesser erfassten Massenstrom können Diagnosen beispielsweise des Betriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt werden und auch eine Steuerung der Brennkraftmaschine erfolgen. Zu diesen Zwecken ist ein auch unter unterschiedlichen Betriebs- bedingungen zuverlässiges und möglichst präzises Erfassen des tatsächlichen Massenstroms wichtig.
DE 197 24 659 AI offenbart eine Massenstromsensorvorrichtung, die ein Sensorelement umfasst. Das Sensorelement ist auf ei- nem eigenen Chip angeordnet und integriert. Ferner ist eine Auswerteelektronik offenbart, die separat ausgebildet ist, aber mit der Sensoreinheit elektrisch gekoppelt ist.
DE 101 35 142 AI offenbart eine Massenstromsensorvorrichtung mit einem Gehäusekörper in dem ein Sensorelement eines Mas- senstromsensors angeordnet ist. Der Gehäusekörper weist einen Eingangsbereich auf, von dem aus ein Mediumstrom in einen Messkanal strömt, in dem das Sensorelement angeordnet ist. Ferner weist der Gehäusekörper eine Ausscheidungsöffnung auf, aus dem Flüssigkeits- und Festkörperpartikel strömen und so am Messkanal vorbeiströmen. Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Luftmassenmesser anzugeben, der eine besonders zuverlässige und genaue Datenaus¬ wertung ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Sensorchip in einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufgeteilt ist, wobei die Befestigung des Sensorchips am Trägerelement mit dem Klebstoff ausschließlich in dem ersten Bereich erfolgt und das Sensorelement und der Oszillator in dem zweiten Bereich angeordnet sind. Das Verkleben des Sensorchips mit dem Trägerelement führt zu einem ersten Bereich in dem es durch thermische Einflüsse zu enormen Materialbeanspruchungen kommen kann. Die unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Materials des Trägerelementes und des Sensorchips führen zu einem Materialstress , der sich besonders auf bestimmte elektronische Schaltungen auswirkt. Dadurch, dass der Oszil¬ lator und das Sensorelement in dem zweiten Bereich angeordnet sind, werden sie durch den thermischen Materialstress nicht beeinflusst. Damit arbeitet der Oszillator besonders stabil, womit für die Datenverarbeitung ein hochwertiges Zeitnormal zur Verfügung steht. Auch das Sensorelement ist durch seine stressfreie Anordnung vor mechanischen Beanspruchungen geschützt, was zum einen seine Lebensdauer erhöht und zum ande¬ ren eine besonders genaue Messung eines Massenstroms ermög¬ licht .
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Trägerelement als Stanzblechteil ausgebildet ist. Stanzblechteile sind auch als Leadframes bekannt und sie werden aufgrund ihrer günsti¬ gen Herstellungskosten vielfältig verwendet. Gerade als Trä- ger für Sensorelemente und elektronische Schaltungen für die Automobilindustrie haben sich Stanzblechteile besonders be¬ währt . In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Sensorelement als Membran ausgebildet. Auf der Membran kann ein erster und ein zweiter Temperatursensor und ein Heizelement ausgebildet sein. Ein derart gestaltetes Sensorelement weist besonders gute Sensoreigenschaften auf. Die vorbeiströmenden Luftmassen können mit diesem Sensorelement sehr genau und schnell erfasst werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
Figur 1 eine seitliche Ansicht eines Luftmassenmessers,
Figur 2 eine Draufsicht auf den aus Figur 1 bekannten Luft¬ massenmesser,
Figur 3 den aus Figur 1 und 2 bekannten Luftmassenmesser in seiner Einbaulage in einem Strömungskanal.
Figur 1 zeigt einen Luftmassenmesser 1 mit einem Sensorchip 2 und einem Trägerelement 7. Das Trägerelement 7 kann als
Leadframe ausgebildet sein. Der Sensorchip 2 weist eine Aus- werteelektronik 5, ein Sensorelement 4 und einen Oszillator 3 auf. Das Sensorelement 4 kann als Membran auf dem Sensorchip 2 in mikromechanischer Bearbeitungsweise aufgebracht sein. Der Oszillator 3 ist als elektronische Schaltung ausgebildet und für eine präzise und genaue Datenverarbeitung notwendig. Dabei ist es wichtig, dass der Oszillator 3 mit einer mög¬ lichst genauen und immer gleich bleibenden Frequenz schwingt. Der Sensorchip 2 ist auf das Trägerelement 7 mit einem Kleb¬ stoff 6 aufgebracht. Das Trägerelement 7 kann beispielsweise aus Metall hergestellt sein und der Sensorchip 2 aus Silizium bestehen. Metalle und Silizium haben unterschiedliche Wärme¬ dehnungskoeffizienten, so dass es bei einer Temperaturänderung zu einem mechanischen Stress auf dem Sensorchip 2 in dem ersten Bereich 10 kommt. Dieser mechanische Stress kann sich störend auf die Funktionsweise elektronischer Schaltungen auswirken. Der Sensorchip 2 weist einen zweiten Bereich 9 auf, der stressfrei ist, da er keinerlei klebende Verbindung zum Trägerelement 7 aufweist. In diesem zweiten Bereich ist sowohl der Oszillator 3 als auch das Sensorelement 4 ausge¬ bildet. Die Anordnung des Sensorelementes 4 und des Oszilla¬ tors 3 im stressfreien zweiten Bereich 9 führt zu einem sehr genauen Messergebnis des Luftmassenmessers 1. Zum einen kann der Oszillator 3 mit einer präzise festgelegten und unveränderlichen Frequenz schwingen, und zum anderen werden die im Sensorelement 4 aufgebrachten elektronischen Bauelemente mechanisch nicht belastet, womit eine besonders genaue Erfas¬ sung des Luftmassenstromes erfolgen kann. Weiterhin sind in Figur 1 Bonddrähte 8 zu erkennen, die den Sensorchip 2 elektrisch mit dem Trägerelement 7 verbinden. Über das Trägerele¬ ment 7, das zum Beispiel als Leadframe ausgebildet sein kann, wird eine Verbindung zur nachfolgenden Elektronik im Kraftfahrzeug hergestellt. Dabei kann es sich zum Beispiel um ein Motorsteuergerät handeln.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf den aus Figur 1 bekannten Luftmassenmesser 1. Zu erkennen ist der Sensorchip 2 mit dem Oszillator 3, dem Sensorelement 4 und der Auswerteelektronik 5. Unterhalb der Auswerteelektronik 5 ist der Klebstoff 6 an¬ gedeutet, der den Sensorchip 2 mit dem Trägerelement 7 ver¬ bindet. Durch die Verbindung zwischen dem Sensorchip 2 und dem Trägerelement 7 mit dem Klebstoff 6 entsteht ein erster Bereich 10, der aufgrund von Temperaturänderungen mit mecha- nischem Stress belastet wird. In einem zweiten Bereich 9, der vollständig stressfrei ist, sind der Oszillator 3 und das Sensorelement 4 angeordnet. Darüber hinaus sind die Bonddräh¬ te 8 zu erkennen, die den Sensorchip mit dem Trägerelement 7 elektrisch verbinden. In der Figur 3 ist ein Luftmassenmesser 1 dargestellt, der beispielsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. Der Luftmassenmesser 1 ist in einem Strömungskanal 11 angeordnet und in diesem einem Fluidstrom, so z. B. einem Luft- ström, aussetzbar. Der Strömungskanal 11 ist beispielsweise als Bypasskanal eines Gehäusekörpers 13 ausgebildet, der vor¬ zugsweise stromabwärts zu einem Luftfilter in einem Ansaug¬ trakt einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Der Strömungskanal 11 wird durch eine obere Kanalwandung und eine untere Kanalwandung des Gehäusekörpers 13 begrenzt. Der Gehäusekörper 13 ist typischerweise ausgebildet, einen Teil des Luftstromes in dem Ansaugtrakt über einen vorgegebe¬ nen Verlauf des Bypasskanals dem Luftmassenmesser 1 zuzuführen, ohne dabei größere Partikel, so z. B. Sand- oder Staub- partikel, mitzuführen. Derartige Partikel können den Luftmas¬ senmesser 1 zerstören und unbrauchbar machen.
Eine vorgegebene Strömungsrichtung 12 des Fluidstromes in dem Strömungskanal 11 ist in der Figur 3 mittels eines Pfeils dargestellt.
Der Sensorchip 2 des Luftmassenmessers 1 ist vorzugsweise als Micro-Electro-Mechanical-System ausgebildet (MEMS) . Auf dem Sensorchip 2 sind eine Auswerteelektronik 5, ein Sensorele- ment 4 und ein Oszillator 3 integriert.
Das Sensorelement 4 weist eine freitragende Membran auf, die beispielsweise als Siliziumnitrid- und/oder Siliziumoxid- Schicht ausgebildet ist und beispielsweise eine Membrandicke von 5 μτη aufweist. Die Membran ist in einem Rahmen des Sensorchips 2 angeordnet. Die Herstellung der Membran erfolgt beispielsweise mittels Ätzens eines Siliziumwafers, der mit der Siliziumnitrid- und/oder Siliziumoxid-Schicht beschichtet ist. Auf der Membran sind beispielsweise ein erster und ein zweiter Temperatursensor und ein Heizelement angeordnet. Der erste und zweite Temperatursensor sind beispielsweise als Thermoelemente ausgebildet, die basierend auf dem Seebeck- Effekt jeweils eine jeweilige Spannung zur Verfügung stellen, die repräsentativ ist für eine jeweilige Temperatur, die mittels des jeweiligen Temperatursensors erfasst wird. Grund¬ sätzlich sind auch andere einem Fachmann bekannte Ausführun- gen des ersten und zweiten Temperatursensors möglich, so z. B. temperaturabhängige Widerstände. Das Heizelement ist beispielsweise als ein Widerstandselement ausgebildet, das vorzugsweise entlang einer zentralen Längsachse des Luftmas¬ senmessers 1 auf der Membran angeordnet ist. Das Widerstands- element umfasst zumindest eine Leiterbahn, die aufgrund eines Stromflusses durch die zumindest eine Leiterbahn die Membran erhitzt. Vorzugsweise sind der erste und zweite Temperatur¬ sensor auf einer Oberfläche der Membran angeordnet, auf der auch das Heizelement angeordnet ist. Der erste und zweite Temperatursensor sind seitlich von dem Heizelement auf unterschiedlichen Seiten des Heizelementes angeordnet.
Der Luftmassenmesser 1 ist vorzugsweise derart in dem Strö¬ mungskanal 11 angeordnet, dass eine Fläche des Sensorchips 2, auf der das Sensorelement 4 und die Auswerteelektronik 5 an¬ geordnet sind, im Wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung des Fluidstromes ausgerichtet ist.
Die Auswerteelektronik 5 ist ausgebildet, abhängig von der jeweils zur Verfügung gestellten Spannung des ersten und zweiten Temperatursensors und der damit repräsentierten er- fassten Temperatur eine Temperaturdifferenz zu ermitteln und davon abhängig ein Sensorsignal an einem auf dem Sensorchip 2 integrierten Anschluss ausgangsseitig zur Verfügung zu stel- len. Das Sensorsignal ist repräsentativ für einen Massenstrom des Fluidstroms durch den Strömungskanal 11. Der Anschluss kann beispielsweise als Bond-Pads ausgebildet sein, die mit Bonddrähten 8 eine elektrische Verbindung zum Trägerelement 7 und damit zur nachfolgenden Fahrzeugelektronik ermöglichen..
Die Auswerteelektronik 5 kann auf dem Sensorchip S zumindest bereichsweise mit einer Schutzschicht C beschichtet sein, um eine Beschädigung durch Schmutzteilchen im Luftstrom zu verhindern. Vorzugsweise ist nur der Bereich der Auswerteelekt¬ ronik 5 mit der Schutzschicht beschichtet, der direkt insbe¬ sondere während des Betriebs der Brennkraftmaschine des
Kraftfahrzeugs dem Fluidstrom in dem Strömungskanal FC ausge¬ setzt ist. Alternativ kann aber auch der ganze Bereich der Auswerteelektronik 5 auf dem Sensorchip 2 mit der Schutzschicht beschichtet sein. Dabei ist die Schutzschicht derart auf dem Sensorchip 2 aufgetragen, dass nicht das Sensorele- ment 4 beschichtet ist.
Vorzugsweise ist die Schutzschicht als Polyimidschicht ausge¬ bildet und wird in einem Herstellungsschritt des in MEMS- Prozessschritten hergestellten Massenstromsensors LMM auf den entsprechenden Bereich des Sensorchips 2 aufgetragen. Dabei ist der Massenstromsensor LMM vor dem Auftragen der Schutzschicht vorzugsweise bereits fertig bestückt bzw. hergestellt und/oder bereits zur Ermittlung des Massenstromes einsetzbar. Dabei kann beispielsweise ein Polyimidkunststoff in einem Lö- sungsmittel gelöst sein und auf die entsprechenden Bereiche des Sensorchips 2 aufgesprüht werden. Danach verdampft das Lösungsmittel und mittels einer Erwärmung des Sensorchips S erfolgt die Umsetzung in die fertige Polyimidschicht. Bei¬ spielsweise wird eine Schichtdicke von 5 μτη aufgetragen, um einen ausreichenden Schutz gegen Partikel und Feuchtigkeit in dem Fluidstrom zu gewährleisten. Dabei kann zunächst der ganze Sensorchip S mit der Polyimidschicht beaufschlagt werden und in einem nachfolgenden Herstellungsschritt der Bereich des Sensorelementes SU und eventuell weitere Bereiche des Sensorchips S selektiv von der Polyimidschicht befreit wer¬ den. Alternativ kann die Polyimidschicht in einem einzigen Herstellungsschritt bereits selektiv auf den Sensorchip S aufgetragen werden, wobei zumindest die Bereiche des Sensor¬ elementes 2 ausgespart werden.

Claims

Patentansprüche
1. Luftmassenmesser (1) mit einem Sensorchip (2), wobei der Sensorchip (2) als Micro-Electro-Mechanisches-System aufgebaut ist und ein Sensorelement (4), eine elektroni¬ sche Auswerteschaltung (5) und einen elektronischen Oszillator (3) aufweist und wobei der Sensorchip (2) auf einem Trägerelement (7) mit einem Klebstoff (6) befes¬ tigt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sensorchip (2) in einen ersten Bereich (10) und einen zweiten Bereich (9) aufgeteilt ist, wobei die Be¬ festigung des Sensorchips (2) am Trägerelement (7) mit dem Klebstoff (6) ausschließlich in dem ersten Bereich (10) erfolgt und das Sensorelement (4) und der Oszilla¬ tor (3) in dem zweiten Bereich (9) angeordnet sind.
2. Luftmassenmesser (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , dass das Trägerelement (7) als Stanzblechteil ausgebildet ist.
3. Luftmassenmesser (1) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sensor¬ element (4) als Membran ausgebildet ist.
4. Luftmassenmesser (1) nach Anspruch 3, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , dass auf der Membran ein erster und ein zweiter Temperatursensor und ein Heizelement ausgebildet sind.
EP11713804A 2010-04-16 2011-04-12 Luftmassenmesser Ceased EP2558826A1 (de)

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EP (1) EP2558826A1 (de)
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CN (1) CN102844646A (de)
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