WO2010130487A1 - Sensoranordnung zur erfassung eines drucks - Google Patents

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WO2010130487A1
WO2010130487A1 PCT/EP2010/053586 EP2010053586W WO2010130487A1 WO 2010130487 A1 WO2010130487 A1 WO 2010130487A1 EP 2010053586 W EP2010053586 W EP 2010053586W WO 2010130487 A1 WO2010130487 A1 WO 2010130487A1
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sensor
sensor arrangement
arrangement
heating element
pressure
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PCT/EP2010/053586
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Inventor
Christoph Gmelin
Winfried Kuhnt
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/345—Arrangements for heating

Definitions

  • components which comprise one or more sensors for detecting certain properties of media.
  • the invention is described below essentially with reference to pressure sensors, in particular micromechanical
  • Pressure sensors such as those used for detecting Saugrohrand, boost pressures and differential pressure sensors for particulate filters.
  • pressure sensors are described for example in Robert Bosch GmbH: Sensors in the motor vehicle, edition 2007, pages 74-76 and pages 128-130.
  • the invention is in principle not limited to pressure sensors, so that, for example, sensors for other measured variables can also be modified according to the invention.
  • pressure sensors typically have a sensor chip which is protected by a gel from corrosive media such as exhaust gases, air or water vapor.
  • a gel from corrosive media such as exhaust gases, air or water vapor.
  • accumulation of exhaust gas condensate may occur in the region of the sensor chip, for example in caverns between the chip, bond wires and the gel. This can lead to bond detachment or conductor track corrosion and thus to complete failure of the sensor elements.
  • the sensor arrangement offers improved corrosion resistance, increased long-term stability and reduced failure rate compared to conventional components.
  • the sensor arrangement serves to detect a pressure, in particular of the medium.
  • At least one other property of the medium could also be detected.
  • This at least one property of the medium can be, for example, a physical property and / or chemically measurable property of the medium. In particular, this may be a temperature, a velocity, a flow, a composition or similar physical and / or chemically measurable properties of the medium.
  • the medium may in particular be a liquid and / or gaseous medium.
  • the sensor arrangement can be used to detect a pressure of a gas, for example an exhaust gas.
  • the sensor arrangement may comprise at least one sensor element for detecting the pressure.
  • the sensor element may, for example, comprise one or more sensor surfaces which are set up in direct or indirect contact with the medium in order to qualitatively or alone in cooperation with other components of the sensor arrangement the pressure of the medium or to quantify.
  • Embodiment of the sensor element can be made, for example, to the above-mentioned prior art, in particular the described in Robert Bosch GmbH: sensors in the motor vehicle, edition 2007, pages 74-76 and pages 128-130 micromechanical pressure sensors. Alternatively or additionally, however, other types of sensor elements can also be used in principle.
  • the sensor element is at least partially shielded by a protective cover.
  • the shielding may, for example, take place in relation to the medium whose pressure is to be detected, and / or in relation to another medium, for example a corrosive and / or otherwise aggressive medium, for example moisture, oil or fuel.
  • the protective cover may comprise, for example, the said sensor surface, for example a sensor membrane.
  • the sensor surface may be completely or partially covered by the protective cover.
  • the protective cover can also protect, for example cover, one or more connection contacts, as will be explained in more detail below.
  • a protective cover is generally a EIe- can be understood, which is arranged to at least slow down an advance of aggressive media to the shielded part of the sensor element, for example, compared to an unprotected part by at least a factor of 1000, preferably by at least a factor of 10000th
  • the protective cover in particular comprise at least one gel, which the
  • Sensor element completely or partially covered, for example, at least one sensor surface of the sensor element and / or at least one terminal contact of the sensor element.
  • An advantage of a gel as a protective cover and / or component of the protective cover is, in particular, that a gel can transmit a pressure, which is advantageous in particular in pressure sensors.
  • the sensor arrangement furthermore has at least one heating element.
  • the sensor arrangement is set up to counteract condensation on the sensor arrangement by means of the heating element.
  • a condensation of constituents of the medium can be counteracted, for example a formation of
  • the condensation on the protective cover can be counteracted, that is, on a surface of the protective cover and / or in an interior of the protective cover.
  • the sensor arrangement can be set up in order to increase the operating temperature of the sensor element with respect to the ambient temperature by means of the element.
  • the pressure detection can be carried out at an operating temperature which is higher than the ambient temperature.
  • the heating element may have one or more heating resistors. In principle, however, other embodiments of the heating elements are conceivable.
  • the sensor element may in particular be a pressure sensor which has at least one sensor membrane.
  • this may be a semiconductor membrane, which has been etched out of a chip mainland, for example, by an etching process.
  • the sensor membrane can be acted upon, for example, from one side with a reference pressure and from an opposite side with a measuring pressure.
  • the sensor element can in particular comprise a sensor membrane and a mainland connected to the sensor membrane, wherein the heating element is arranged wholly or partly on at least one of the following elements: the sensor membrane; the mainland; a sensor membrane and / or the mainland substrate, for example, a substrate having a sensor chip with the sensor membrane and the mainland, in particular a ceramic substrate and / or a Gescouspritzteil.
  • the heating element may in particular be designed to heat the sensor element, in particular a sensor surface of the sensor element, substantially homogeneously. In this way it can be ensured, for example, that the measurement of the sensor element, ie the detection of the pressure and / or the at least one other property of the medium, is not disturbed by temperature inhomogeneities within the sensor element.
  • the sensor arrangement can be set up such that a spatial temperature fluctuation across the sensor element, in particular a sensor surface of the sensor element, is not more than 1 degree, in particular not more than 0.5 degrees.
  • the heating element can be configured as a separate element independent of the other sensor function of the sensor element, for example, as described above, in the form of one or more heating resistors which can be arranged on and / or within the sensor membrane and / or other elements of the sensor arrangement.
  • elements of the sensor arrangement which are present in the sensor arrangement anyway can also be used as the heating element.
  • the sensor element in particular in the case of a pressure sensor, for example, comprise at least one measuring resistor, in particular at least one expansion resistor, for example at least one piezoresistive resistor. This at least one expansion resistance can be arranged, for example, on a sensor membrane and / or integrated into such a sensor membrane.
  • a resistance bridge circuit for example a Wheatstone bridge.
  • One or more strain resistors may be integrated into this resistance bridge circuit, the resistance of this strain resistor being detectable across the resistance bridge circuit.
  • the measuring resistor and / or the resistance bridge circuit may be wholly or partly part of the heating element.
  • the measuring resistor and / or the resistance bridge circuit can be acted upon in whole or in part by a heating current in order to achieve the desired heating of the sensor element described above. This heating can for example also be clocked, so that, for example, measuring functions of the sensor element are not disturbed.
  • the sensor arrangement may further comprise an evaluation circuit.
  • An evaluation circuit is an electronic circuit which is set up in order to receive signals of the sensor element and to process them completely or partially and / or forward them. Alternatively or additionally, the evaluation circuit can take on additional functions, for example, control functions for the sensor element.
  • the evaluation circuit may in particular comprise one or more interfaces via which signals of the sensor arrangement can be forwarded and / or queried. A power supply of the sensor element can be ensured via the evaluation circuit. It is particularly preferred if the evaluation circuit is arranged at least partially spatially separated from the sensor element, wherein the heating element is arranged to heat at least the sensor element, preferably exclusively the sensor element.
  • the evaluation circuit and the sensor element can be arranged, for example, on a substrate, for example a plastic and / or ceramic substrate and / or a housing injection part, wherein the arrangement can be spatially separated.
  • the connection between the evaluation circuit and the sensor element can be effected for example by wires and / or conductor tracks.
  • the heating element can in particular be set up such that only the sensor element is heated, whereas the evaluation circuit, for example, should be essentially unaffected by the heating element. In principle, however, the evaluation circuit can also be heated by the heating element.
  • the protective cover may comprise at least one gel, or may even consist entirely of at least one gel.
  • Gel is to be understood as meaning a form of matter which, for the purpose of application, can be deformed onto the position of the sensor arrangement to be protected in order, for example, to adapt to a surface contour.
  • the gel can remain in a soft, deformable state and, in principle, can also be cured after application.
  • the gel may, for example, have media-dense or media-repelling properties, for example moisture-proofing and / or oil-tightness. It is particularly preferred if the gel comprises one or more of the following substances: a dimethylsiloxane gel, a fluorosilicone gel, a perfluoropolyether.
  • this sensor arrangement is set up to detect an operating temperature and to control and / or regulate a heating power of the heating element.
  • the sensor arrangement may include one or more
  • one or more temperature sensors may be directly or indirectly connected to the sensor element, for example a sensor surface of the sensor element, in particular a sensor membrane.
  • the temperature sensors can be applied directly or indirectly to the membrane and / or integrated into it.
  • the temperature sensors may include one or more temperature resistors.
  • the sensor arrangement can comprise, for example, an electronic and / or program-technically set up control and / or regulation which controls and / or regulates the operation of the heating element, eg by processing the signals of the at least one temperature sensor, for example by the operating temperature to a specific value or to adjust and / or regulate within a certain range of values.
  • Such devices are known in principle to the person skilled in the art.
  • the sensor arrangement can in particular be set up to provide a heating power of the
  • the sensor arrangement can also be set up to adjust and / or regulate the operating temperature by 2 Kelvin to 15 Kelvin, preferably by 4 Kelvin to 6.5 Kelvin, above the ambient temperature.
  • the operating temperature can be selected at least 4 Kelvin above the ambient temperature, preferably at least 4-10 Kelvin above the ambient temperature.
  • the protective cover can, as shown above, shield the sensor element completely or partially against the medium and / or other media, for example corrosive media.
  • this shield may, for example, comprise a part of the sensor element which, for example, comprises a sensor surface.
  • the sensor surface can be shielded directly or indirectly.
  • other parts of the sensor element can also be used be shielded by the protective cover, for example, one or more terminals.
  • the sensor arrangement comprises at least one terminal contact, wherein the heating element is arranged to heat the terminal contact.
  • the connection contact may in particular comprise at least one intermetallic phase, for example comprising an Au-AI intermetallic phase.
  • Such intermetallic phases may occur, for example, when a bonding wire is applied to a contact pad, for example a gold bond on an aluminum contact pad.
  • Such intermetallic phases are usually particularly susceptible to corrosion, such as galvanic corrosion. By heating the connection contacts such corrosion can be at least partially avoided.
  • FIGS. 1 A and 1 B show a detailed representation of a connection contact of a sensor arrangement
  • FIG. 2 shows a schematic embodiment of a sensor arrangement according to the invention in plan view.
  • FIGS. 1A and 1B A part of a sensor arrangement 110 is shown in FIGS. 1A and 1B for clarifying the problem of corrosion of sensor arrangements by exhaust gases or other aggressive media described above.
  • Figure 1 A shows an example of a terminal contact 1 12 of the sensor assembly 1 10, in which a bonding wire 114 made of gold is applied to a contact pad 1 16 made of aluminum.
  • the contact pad 116 is applied to a main land 118 of a silicon chip 120 and serves to contact a sensor element not shown in FIGS. 1A and 1B.
  • gels 124 are known and used in the field, especially in automotive engineering.
  • dimethylsiloxane gels are used as pure moisture protection.
  • fluorosilicone gels are used, which in particular have a reduced swelling behavior.
  • perfluoropolyethers are used for best long term durability and high protection.
  • Such gels 124 are generally known to those skilled in electrical engineering.
  • FIG. 1B shows an enlarged illustration of the region designated by A in FIG. 1A, from which one of these cavities 126 is shown in an enlarged view.
  • the highly resistant gel 124 it may in some cases by diffusion of exhaust gas through the gel 124 to accumulate exhaust gas condensate in the cavities 126, which are usually formed as small cavities between the chip 120, the bonding wires 14 and the gel 124 come. This diffusion is indicated in FIG. 1B by the water molecules 128.
  • other substances can also diffuse, for example ionic substances, gases, liquids or the like.
  • an intermetallic phase 130 for example a gold-aluminum-intermetallic phase, forms in many cases at the transition between the bonding wires 114 and the contact pads 16.
  • the condensate which is symbolically denoted by the reference numeral 132 in Figure 1 B, lead to a galvanic corrosion.
  • the corrosion is symbolically denoted by the reference numeral 134 in FIG. 1B.
  • the selected protective measures to prevent corrosion for example, by protective gel (gel 124), by stable materials used (for example, gold bonding wires 114) is not enough to completely prevent corrosion.
  • Condensation of volatile exhaust components for example, water vapor from the exhaust gas, but preferably occurs at the coldest point on the way within the sensor assembly, for example, the way to a sensor element on.
  • a basic idea of the present invention is therefore to heat a sensor chip and / or a sensor element at least partially during operation, thereby heating the sensor chip or sensor element a condensation of exhaust gas condensate in the gel 124 or in the cavities 126 on the chip surface or on the bonding wires can effectively avoid.
  • FIG. 2 therefore shows a sensor arrangement 110 according to the invention, in which a sensor element 136 in the form of a sensor chip 138 is arranged separately from an evaluation circuit 140.
  • the evaluation circuit 140 may comprise, for example, one or more integrated circuits (ICs). Also the sensor element
  • sensor chip 138 and evaluation circuit 140 are applied to a substrate 142, for example a ceramic substrate and / or a plastic substrate.
  • the substrate 142 has a measuring area 144 and an evaluation area 146.
  • the measuring area 144 is partly in direct or indirect contact with the medium to be measured.
  • the sensor assembly 110 is configured to detect a pressure of an exhaust gas. In principle, however, other measured variables can also be detected with this or other sensor arrangements 110.
  • the evaluation region 146 is separated from the measuring region 144 by a separating element 148 and is preferably not subjected to the pressure.
  • the separating element 148 may comprise one or more adhesive beads or adhesive surfaces.
  • the evaluation circuit 140 can be protected from aggressive exhaust gases and / or moisture.
  • the evaluation region 146 can be arranged, for example, in a circuit chamber and / or a housing of the sensor arrangement 110, whose interior is not exposed to the exhaust gas and is protected by the separation element 148.
  • the evaluation circuit 140 may be protected by a protective cover 122 in the form of a gel 124.
  • a plastic frame 150 may be provided on the substrate, which is filled with the gel 124.
  • the substrate 142 for example the ceramic substrate, can be connected to other components by substrate contacts 152, so that, for example, further parts of the evaluation circuit 140 can be arranged outside the substrate 142.
  • the evaluation circuit 140 may also comprise a plurality of components, which may be arranged on the substrate 142 or outside of the substrate 142, for example in a housing of the sensor arrangement 110, which is not shown in Figure 2.
  • the evaluation circuit 140 may also be arranged wholly or partially on the opposite side of the substrate 142 and / or be integrated wholly or partially into the substrate 142.
  • not shown in FIG. 2 are printed conductors which, for example, connect the substrate contacts 152 to the evaluation circuit 140 and / or the evaluation circuit 140 to the sensor element 136. A direct connection between the sensor element 136 and the substrate contacts 152 is also possible.
  • the sensor element 136 has the sensor chip in the illustrated embodiment
  • sensor membrane 154 which, for example, wholly or partially designed as a silicon sensor chip. tet and which has a mainland 1 18 and, for example, prepared by an etching process, sensor membrane 154. On and / or in the sensor membrane 154, for example, one or more expansion resistors may be arranged, which are not shown in FIG. 2, for example piezoelectric strain resistors.
  • the sensor element 136 acts as a pressure sensor 156 by acting as the sensor surface
  • the 158 acting surface of the sensor membrane 154 is acted upon by a pressure.
  • the sensor membrane 154 can be acted upon from an opposite side with a reference pressure, for example via a reference pressure pipe.
  • a reference pressure for example via a reference pressure pipe.
  • Other embodiments are possible in principle.
  • Representation with only one sensor element 136 are also sensor arrangements 110 with a plurality of sensor elements 136 possible, which can detect the same property of a medium and / or different properties of a medium.
  • the sensor element 136 in Figure 2 is protected by a protective cover 122 in the form of a gel 124.
  • a plastic frame 150 may be provided which can prevent spreading of the gel 124 into unwanted areas on the substrate 142.
  • Evaluation circuit 140 are arranged separately from each other, for example, to be able to provide digital signals, but a lower heating of the sensor chip 138 is recorded. Nevertheless, in order to effect the above-described effect of heating the sensor element 136 and thus avoiding condensation, in particular in the case of sensor arrangements 110, in which only a fraction of the current consumption is converted into heat, and in which case per se the risk of bonding detachments or corrosion is increased, it is therefore proposed according to the invention to integrate one or more heating elements 160 into the sensor arrangement 110.
  • These heating elements 160 may, for example, comprise additional heating resistors, which may be arranged, for example, on the mainland 118, for example around the sensor membrane 154. Alternatively or additionally, however, an arrangement on the sensor membrane 154 and / or on a chip carrier, for example the substrate 142, in particular a ceramic substrate, possible, and / or an arrangement on the Gelrähmchen 150 and / or a Gerissauspritzteil.
  • a bridge circuit for example a resistance bridge circuit, which is part of the sensor element 136, itself can be used as a heating element 160 and / or as part of this heating element 160.
  • the sensor arrangement can be set up, for example, to set, in particular controlled / regulated, an operating temperature of the sensor element 136 such that it is increased by, for example, 4 to 10 Kelvin compared to the ambient temperature.
  • the heating power can also be switched off above 100 ° C. or another maximum temperature and / or the heating power can generally be regulated.

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Abstract

Es wird eine Sensoranordnung (110) zur Erfassung eines Drucks vorgeschlagen. Die Sensoranordnung (110) weist mindestens ein Sensorelement (136) zur Erfassung des Drucks auf. Das Sensorelement (136) ist zumindest teilweise durch eine Schutzabdeckung (122) abgeschirmt. Die Sensoranordnung (110) weist weiterhin mindestens ein Heizelement (160) auf. Die Sensoranordnung (110) ist eingerichtet, um mittels des Heizelements (160) einer Kondensation, insbesondere einer Bildung von Abgaskondensat, an der Sensoranordnung (110), insbesondere an der Schutzabdeckung (122), entgegenzuwirken.

Description

Beschreibung
Titel
Sensoranordnung zur Erfassung eines Drucks
Stand der Technik
Insbesondere im Automobilbereich, jedoch auch in anderen Bereichen, werden, Bauelemente eingesetzt, die einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung bestimmter Eigenschaften von Medien umfassen. Die Erfindung wird nachfolgend im Wesentlichen beschrieben unter Bezugnahme auf Drucksensoren, insbesondere mikromechanische
Drucksensoren, wie sie beispielsweise zur Erfassung von Saugrohrdrücken, Ladedrücken sowie als Differenzdrucksensoren für Partikelfilter eingesetzt werden. Derartige Drucksensoren werden beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 74-76 sowie Seiten 128-130 beschrieben. Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich nicht auf Drucksensoren beschränkt, so dass beispielsweise auch Sensoren für andere Messgrößen erfindungsgemäß modifiziert werden können.
Insbesondere Drucksensoren, jedoch auch andere Arten von Sensorelementen, weisen typischerweise einen Sensorchip auf, welcher durch ein Gel vor korrosiven Me- dien, wie beispielsweise Abgasen, Luft oder Wasserdampf, geschützt wird. In einzelnen Anwendungsfällen kann es jedoch trotz dieses Schutzes durch ein hochbeständiges Gel aufgrund einer Diffusion von Abgas durch das Gel zu einer Ansammlung von Abgaskondensat im Bereich des Sensorchips kommen, beispielsweise in Kavernen zwischen dem Chip, Bonddrähten und dem Gel. Dies kann zu Bondablösungen oder Leiterbahnkorrosion und damit bis hin zum vollständigen Ausfall der Sensorelemente führen.
Offenbarung der Erfindung
Es wird daher eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Drucks, insbesondere eines
Mediums vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Sensoranordnungen zumin- dest weitgehend vermeidet. Insbesondere bietet die Sensoranordnung eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, eine erhöhte Langzeitstabilität und eine im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen verringerte Ausfallrate.
Die Sensoranordnung dient der Erfassung eines Drucks, insbesondere des Mediums.
Grundsätzlich könnte, alternativ oder zusätzlich, auch wenigstens eine andere Eigenschaft des Mediums erfasst werden. Diese wenigstens eine Eigenschaft des Mediums kann beispielsweise eine physikalisch Eigenschaft und/oder chemisch messbare Eigenschaft des Mediums sein. Insbesondere kann es sich dabei um eine Temperatur, eine Geschwindigkeit, einen Fluss, eine Zusammensetzung oder ähnliche physikalische und/oder chemisch messbare Eigenschaften des Mediums handeln. Das Medium kann insbesondere ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium sein. Insbesondere kann die Sensoranordnung zur Erfassung eines Drucks eines Gases, beispielsweise eines Abgases, eingesetzt werden.
Die Sensoranordnung umfasst mindestens ein Sensorelement zur Erfassung des Drucks. Das Sensorelement kann beispielsweise eine oder mehrere Sensorflächen umfassen, welche bei direktem oder indirektem Kontakt mit dem Medium eingerichtet sind, um alleine oder in Zusammenwirkung mit weiteren Bauelementen der Sensoran- Ordnung den Druck des Mediums qualitativ oder quantitativ zu erfassen. Bezüglich der
Ausgestaltung des Sensorelements kann beispielsweise auf den oben genannten Stand der Technik verwiesen werden, insbesondere die in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 74-76 sowie Seiten 128-130 beschriebenen mikromechanischen Drucksensoren. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Arten von Sensorelementen grundsätzlich einsetzbar.
Dabei ist das Sensorelement zumindest teilweise durch eine Schutzabdeckung abgeschirmt. Die Abschirmung kann beispielsweise gegenüber dem Medium, dessen Druck erfasst werden soll, selbst erfolgen und/oder gegenüber einem anderen Medium, bei- spielsweise einem korrosiven und/oder in anderer Weise aggressiven Medium, beispielsweise Feuchtigkeit, Öl oder Kraftstoff. Die Schutzabdeckung kann beispielsweise die genannte Sensorfläche umfassen, beispielsweise eine Sensormembran. Die Sensorfläche kann beispielsweise vollständig oder teilweise durch die Schutzabdeckung bedeckt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Schutzabdeckung jedoch auch, wie unten noch näher ausgeführt wird, einen oder mehrere Anschlusskontakte schützen, beispielsweise bedecken. Unter einer Schutzabdeckung soll dabei allgemein ein EIe- ment verstanden werden, welches eingerichtet ist, um ein Vordringen von aggressiven Medien zu dem abgeschirmten Teil des Sensorelements zumindest zu verlangsamen, beispielsweise im Vergleich zu einem ungeschützten Teil um mindestens einen Faktor 1000, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 10000. Wie unten ausgeführt wird, kann die Schutzabdeckung insbesondere mindestens ein Gel umfassen, welches das
Sensorelement ganz oder teilweise bedeckt, beispielsweise mindestens eine Sensorfläche des Sensorelements und/oder mindestens einen Anschlusskontakt des Sensorelements. Ein Vorteil eines Gels als Schutzabdeckung und/oder Bestandteil der Schutzabdeckung liegt insbesondere darin, dass ein Gel einen Druck übertragen kann, was insbesondere in Drucksensoren vorteilhaft ist.
Die Sensoranordnung weist weiterhin mindestens ein Heizelement auf. Die Sensoranordnung ist eingerichtet, um mittels des Heizelements einer Kondensation an der Sensoranordnung entgegenzuwirken. Insbesondere kann einer Kondensation von Be- standteilen des Mediums entgegengewirkt werden, beispielsweise einer Bildung von
Abgaskondensat. Insbesondere kann der Kondensation an der Schutzabdeckung entgegengewirkt werden, also an einer Oberfläche der Schutzabdeckung und/oder in einem Inneren der Schutzabdeckung. Insbesondere kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, um mittels des Elements die Betriebstemperatur des Sensorelements ge- genüber der Umgebungstemperatur zu erhöhen. So kann beispielsweise die Druckerfassung bei einer gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhten Betriebstemperatur durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Heizelement einen oder mehrere Heizwiderstände aufweisen. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Ausgestaltungen der Heizelemente denkbar.
Wie oben dargestellt, kann das Sensorelement insbesondere ein Drucksensor sein, der mindestens eine Sensormembran aufweist. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Halbleiter-Membran handeln, welche beispielsweise durch ein Ätzverfahren aus einem Chip-Festland herausgeätzt wurde. Die Sensormembran kann beispielsweise von einer Seite her mit einem Referenzdruck beaufschlagbar sein und von einer entgegengesetzte Seite her mit einem Messdruck.
So kann das Sensorelement insbesondere eine Sensormembran und ein mit der Sensormembran verbundenes Festland umfassen, wobei das Heizelement ganz oder teil- weise auf mindestens einem der folgenden Elemente angeordnet ist: der Sensormembran; dem Festland; einem die Sensormembran und/oder das Festland aufneh- menden Substrat, beispielsweise einem einen Sensorchip mit der Sensormembran und dem Festland aufnehmenden Substrat, insbesondere einem Keramiksubstrat und/oder einem Gehäusespritzteil.
Das Heizelement kann insbesondere eingerichtet sein, um das Sensorelement, insbesondere eine Sensorfläche des Sensorelements, im wesentlichen homogen zu beheizen. Auf diese Weise kann beispielsweise sicher gestellt werden, dass die Messung des Sensorelements, also die Erfassung des Drucks und/oder der wenigstens einen anderen Eigenschaft des Mediums, nicht durch Temperatur-Inhomogenitäten innerhalb des Sensorelements gestört wird. So kann beispielsweise die Sensoranordnung derart eingerichtet sein, dass eine räumliche Temperaturschwankung über das Sensorelement hinweg, insbesondere eine Sensorfläche des Sensorelements hinweg, nicht mehr als 1 Grad beträgt, insbesondere nicht mehr als 0,5 Grad.
Das Heizelement kann als separates, von der sonstigen Sensorfunktion des Sensorelements unabhängiges Element ausgestaltet sein, beispielsweise, wie oben beschrieben, in Form eines oder mehrerer Heizwiderstände, welche auf und/oder innerhalb der Sensormembran und/oder anderen Elementen der Sensoranordnung angeordnet sein können. Alternativ oder zusätzlich können als Heizelement jedoch auch Elemente der Sensoranordnung verwendet werden, welche ohnehin in der Sensoranordnung vorhanden sind. So kann das Sensorelement, insbesondere im Falle eines Drucksensors, beispielsweise mindestens einen Messwiderstand umfassen, insbesondere mindestens einen Dehnungswiderstand, beispielsweise mindestens einen piezoresistiven Widerstand. Diese mindestens eine Dehnungswiderstand kann beispielsweise auf einer Sensormembran angeordnet sein und/oder in eine derartige Sensormembran integriert sein. Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren Dehnungswiderständen kann auch eine Widerstandsbrückenschaltung vorgesehen sein, beispielsweise eine Wheatstone-Brücke. Ein oder mehrere Dehnungswiderstände können in diese Widerstandsbrückenschaltung integriert sein, wobei der Widerstand dieses Dehnungswider- Stands über die Widerstandsbrückenschaltung erfasst werden kann. Der Messwiderstand und/oder die Widerstandsbrückenschaltung können ganz oder teilweise Bestandteil des Heizelements sein. In diesem Fall können beispielsweise der Messwiderstand und/oder die Widerstandsbrückenschaltung ganz oder teilweise mit einem Heizstrom beaufschlagt werden, um die gewünschte und oben beschriebene Beheizung des Sen- sorelements zu erreichen. Diese Beheizung kann beispielsweise auch getaktet erfolgen, so dass beispielsweise Messfunktionen des Sensorelements nicht gestört werden. Die Sensoranordnung kann weiterhin eine Auswerteschaltung umfassen. Unter einer Auswerteschaltung ist dabei eine elektronische Schaltung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um Signale des Sensorelements aufzunehmen und vollständig oder teilweise zu verarbeiten und/oder weiterzuleiten. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteschaltung weitere Funktionen übernehmen, beispielsweise Ansteuerfunktionen für das Sensorelement. Die Auswerteschaltung kann insbesondere eine oder mehrere Schnittstellen umfassen, über welche Signale der Sensoranordnung weitergeleitet und/oder abgefragt werden können. Auch eine Energieversorgung des Sensorelements kann über die Auswerteschaltung gewährleistet werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Auswerteschaltung zumindest teilweise räumlich getrennt von dem Sensorelement angeordnet ist, wobei das Heizelement eingerichtet ist, um zumindest das Sensorelement zu beheizen, vorzugsweise ausschließlich das Sensorelement. So können die Auswerteschaltung und das Sensorelement beispielsweise auf einem Substrat ange- ordnet werden, beispielsweise einem Kunststoff- und/oder Keramiksubstrat und/oder einem Gehäusespritzteil, wobei die Anordnung räumlich getrennt erfolgen kann. Die Verbindung zwischen der Auswerteschaltung und dem Sensorelement kann beispielsweise durch Drähte und/oder Leiterbahnen erfolgen. Das Heizelement kann insbesondere derart eingerichtet sein, dass ausschließlich das Sensorelement beheizt wird, wo- hingegen die Auswerteschaltung beispielsweise von dem Heizelement im wesentlichen unbeeinflusst sein soll. Grundsätzlich kann die Auswerteschaltung jedoch auch von dem Heizelement mit beheizt werden.
Wie oben dargestellt, kann die Schutzabdeckung beispielsweise mindestens ein Gel umfassen oder sogar vollständig aus mindestens einem Gel bestehen. Unter einem
Gel ist dabei eine Form von Materie zu verstehen, welche zum Zwecke eines Aufbrin- gens auf die zu schützende Stelle der Sensoranordnung verformbar ist, um sich beispielsweise einer Oberflächenkontur anzupassen. Das Gel kann insbesondere in einem weichen, verformbaren Zustand verbleiben, kann grundsätzlich auch nach dem Aufbringen ausgehärtet werden. Das Gel kann beispielsweise Medien-dichte oder Medien-abweisende Eigenschaften aufweisen, beispielsweise eine Feuchtedichtigkeit und/oder eine Öldichtigkeit. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Gel eine oder mehrere der folgenden Substanzen umfasst: ein Dimethylsiloxangel, ein Fluorsilikongel, ein Perfluorpolyether. Derartige Gele haben sich in der Elektrotechnik zum Schutz von Bauelementen, insbesondere gegenüber korrosiven Umgebungsmedien, als vorteilhaft erwiesen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Sensoranordnung ist diese Sensoranordnung eingerichtet, um eine Betriebstemperatur zu erfassen und eine Heizleistung des Heizelements zu steuern und/oder zu regeln. Zum Zwecke der Erfassung der Be- triebstemperatur kann beispielsweise die Sensoranordnung einen oder mehreren
Temperaturfühler umfassen. Beispielsweise können einen oder mehrere Temperaturfühler direkt oder indirekt mit dem Sensorelement verbunden sein, beispielsweise einer Sensorfläche des Sensorelements, insbesondere einer Sensormembran. Beispielsweise können derartige Temperaturfühler direkt oder indirekt auf die Membran aufgebracht werden und/oder in diese integriert werden. Beispielsweise können die Temperaturfühler einen oder mehrere Temperaturwiderstände umfassen. Auch andere Arten von Temperaturfühlern sind jedoch grundsätzlich einsetzbar. Die Sensoranordnung kann beispielsweise eine elektronische und/oder programmtechnisch eingerichtete Steuerung und/oder Regelung umfassen, welche, beispielsweise unter Verarbeitung der Sig- nale des mindestens einen Temperaturfühlers, den Betrieb des Heizelements steuert und/oder regelt, beispielsweise um die Betriebstemperatur auf einen bestimmten Wert oder innerhalb eines bestimmten Wertebereichs einzustellen und/oder zu regeln. Derartige Vorrichtungen sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
Die Sensoranordnung kann insbesondere eingerichtet sein, um eine Heizleistung des
Heizelements derart zu steuern oder zu regeln, dass die Betriebstemperatur eine vorgegebene Maximaltemperatur, insbesondere eine Maximaltemperatur zwischen 90 0C und 150 0C, vorzugsweise eine Maximaltemperatur von 100 0C, nicht überschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoranordnung auch eingerichtet sein, um die Be- triebstemperatur um 2 Kelvin bis 15 Kelvin, vorzugsweise um 4 Kelvin bis 6,5 Kelvin, oberhalb der Umgebungstemperatur einzustellen und/oder zu regeln. Insbesondere kann die Betriebstemperatur um mindestens 4 Kelvin oberhalb der Umgebungstemperatur gewählt werden, vorzugsweise um mindestens 4-10 Kelvin oberhalb der Umgebungstemperatur.
Die Schutzabdeckung kann, wie oben dargestellt, das Sensorelement ganz oder teilweise gegenüber dem Medium und/oder anderen Medien, beispielsweise korrosiven Medien, abschirmen. Wie oben dargestellt, kann diese Abschirmung beispielsweise einen Teil des Sensorelements umfassen, welcher beispielsweise eine Sensorfläche um- fasst. So kann beispielsweise die Sensorfläche direkt oder indirekt abgeschirmt werden. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch andere Teile des Sensorelements durch die Schutzabdeckung abgeschirmt werden, beispielsweise ein oder mehrere Anschlusskontakte. In diesem Fall, jedoch auch in anderen Fällen, ist es bevorzugt, wenn die Sensoranordnung mindestens einen Anschlusskontakt umfasst, wobei das Heizelement eingerichtet ist, um den Anschlusskontakt zu heizen. Der Anschlusskontakt kann insbesondere mindestens eine intermetallische Phase umfassen, beispielsweise eine Au-AI-intermetallische Phase umfassen. Derartige intermetallische Phasen können beispielsweise auftreten, wenn ein Bonddraht auf ein Kontaktpad aufgebracht wird, beispielsweise ein Gold-Bond auf ein Aluminium-Kontaktpad. Derartige intermetallische Phasen sind in der Regel besonders anfällig gegenüber Korrosionen, beispielsweise galvanische Korrosionen. Durch Heizung der Anschlusskontakte können derartige Korrosionen zumindest teilweise vermieden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figuren 1 A und 1 B eine Detaildarstellung eines Anschlusskontakts einer Sensoranordnung; und
Figur 2 ein schematisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in Draufsicht.
Ausführungsbeispiele
In den Figuren 1 A und 1 B ist, zur Verdeutlichung der oben beschriebenen Problematik einer Korrosion von Sensoranordnungen durch Abgase oder andere aggressive Medien, ein Teil einer Sensoranordnung 110 gezeigt. Dabei zeigt Figur 1 A exemplarisch einen Anschlusskontakt 1 12 der Sensoranordnung 1 10, in welchem ein Bonddraht 114 aus Gold auf ein Kontaktpad 1 16 aus Aluminium aufgebracht ist. Das Kontaktpad 116 ist auf einem Festland 118 eines Silizium-Chips 120 aufgebracht und dient zur Kontak- tierung eines in den Figuren 1A und 1 B nicht dargestellten Sensorelements.
Zum Schutz des Anschlusskontakts 1 12 vor Korrosion, insbesondere durch Abgase, ist die in den Figuren 1 A und 1 B dargestellte Anordnung durch eine Schutzabdeckung
122 in Form eines Gels 124 geschützt, welches den Anschlusskontakt 112 vorzugsweise vollständig umgibt. Verschiedene Arten von Gelen 124 sind bekannt und werden in der Praxis verwendet, insbesondere in der Automobiltechnik. So werden beispielsweise Dimethylsiloxangele als reiner Feuchteschutz verwendet. Für höhere Anforde- rungen, insbesondere für eine erhöhte Öl- und Kraftstoffbeständigkeit, werden Fluorsilikongele verwendet, welche insbesondere ein verringertes Quellverhalten aufweisen. Für eine beste Langzeitbeständigkeit und einen hohen Schutz werden schließlich Perfluorpolyether verwendet. Derartige Gele 124 sind dem Fachmann aus der Elektrotechnik grundsätzlich bekannt.
Allerdings hat es sich gezeigt, dass sich in der Praxis in manchen Bereichen, hier insbesondere im Bereich des Übergangs zwischen dem Gold-Bonddraht 1 14 und dem A- luminium-Kontaktpad 116, Hohlräume 126 ausbilden können. In Figur 1 B ist eine vergrößerte Darstellung des in Figur 1 A mit A bezeichneten Bereichs gezeigt, aus der ei- ner dieser Hohlräume 126 in vergrößerter Darstellung hervorgeht. Trotz des hochbeständigen Gels 124 kann es in einzelnen Anwendungsfällen durch Diffusion von Abgas durch das Gel 124 zu einer Ansammlung von Abgaskondensat in den Hohlräumen 126, welche üblicherweise als kleine Kavernen zwischen dem Chip 120, den Bonddrähten 1 14 und dem Gel 124 ausgebildet sind, kommen. Diese Diffusion ist in Figur 1 B durch die Wassermoleküle 128 angedeutet. Alternativ oder zusätzlich zu Wasser- molekülen können auch andere Substanzen diffundieren, beispielsweise ionische Substanzen, Gase, Flüssigkeiten oder Ähnliches.
Eindiffundierte Wassermoleküle 128 und andere schädliche Substanzen, insbesondere eine Ansammlung von Abgaskondensat in den Hohlräumen 126, kann jedoch zu einer Korrosion insbesondere der Anschlusskontakte 1 12 führen. Beispielsweise bildet sich am Übergang zwischen den Bonddrähten 114 und den Kontaktpads 1 16 in vielen Fällen eine intermetallische Phase 130, beispielsweise eine Gold-Aluminiumintermetallische Phase. Insbesondere in diesem Bereich kann das Kondensat, welches in Figur 1 B symbolisch mit der Bezugsziffer 132 bezeichnet ist, zu einer galvanischen Korrosion führen. Die Korrosion ist in Figur 1 B symbolisch mit der Bezugsziffer 134 bezeichnet. Diese Vorgänge können bis hin zu Bondablösungen oder Leiterbahnkorrosion und damit bis hin zum vollständigen Ausfall der Bauelemente führen. Insbesondere bei starker Abgasbeaufschlagung, beispielsweise durch Abgasrückführung oder bei der Messung des Differenzdrucks für Dieselpartikelfilter, reichen somit unter Umständen die gewählten Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Korrosion, beispielsweise durch Schutzgele (Gel 124), durch verwendete stabile Materialien (beispielsweise Gold-Bonddrähte 114) nicht aus, um eine Korrosion vollständig zu verhindern.
Eine Kondensation flüchtiger Abgas-Bestandteile, beispielsweise von Wasserdampf aus dem Abgas, tritt jedoch vorzugsweise an der kältesten Stelle auf dem Weg innerhalb der Sensoranordnung, beispielsweise dem Weg hin zu einem Sensorelement, auf. Eine Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Sensorchip und/oder ein Sensorelement zumindest teilweise während des Betriebes aufzuheizen, dadurch eine Beheizung des Sensorchips bzw. Sensorelements eine Kondensation von Abgaskondensat im Gel 124 oder in den Hohlräumen 126 an der Chipoberfläche oder an den Bonddrähten wirksam vermeiden kann.
In Figur 2 ist daher eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 110 dargestellt, bei welcher ein Sensorelement 136 in Form eines Sensorchips 138 getrennt von einer Auswerteschaltung 140 angeordnet ist. Die Auswerteschaltung 140 kann beispielsweise einen oder mehrere integrierte Schaltkreise (ICs) umfassen. Auch das Sensorelement
136 kann ganz oder teilweise als integrierter Schaltkreis ausgestaltet sein, insbesonde- re, wie oben dargestellt, als Sensorchip 138. Sensorchip 136 und Auswerteschaltung 140 sind in diesem Ausführungsbeispiel auf ein Substrat 142 aufgebracht, beispielsweise ein Keramiksubstrat und/oder ein Kunststoffsubstrat. Das Substrat 142 weist einen Messbereich 144 und einen Auswertebereich 146 auf. Der Messbereich 144 ist teilweise mit dem zu messenden Medium direkt oder indirekt in Kontakt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sensoranordnung 110 zur Erfassung eines Drucks eines Abgases ausgestaltet. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Messgrößen mit dieser oder anderen Sensoranordnungen 1 10 erfassbar. Der Auswertebereich 146 ist jedoch durch ein Trennelement 148 vom Messbereich 144 getrennt und vorzugsweise nicht mit dem Druck beaufschlagt. Beispielsweise kann das Trennelement 148 eine oder mehrere Kleberaupen oder Klebeflächen umfassen. Auf diese Weise kann beispielsweise die Auswerteschaltung 140 vor aggressiven Abgasen und/oder Feuchtigkeit geschützt werden. Der Auswertebereich 146 kann beispielsweise in einer Schaltungskammer und/oder einem Gehäuse der Sensoranordnung 110 angeordnet wer- den, deren bzw. dessen Innenraum nicht mit dem Abgas beaufschlagt wird und durch das Trennelement 148 geschützt wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Auswerteschaltung 140 durch eine Schutzabdeckung 122 in Form eines Gels 124 geschützt sein. Beispielsweise kann ein Kunststoff rahmen 150 auf dem Substrat vorgesehen sein, welcher mit dem Gel 124 ausgefüllt wird.
Das Substrat 142, beispielsweise das Keramiksubstrat, kann durch Substratkontaktierungen 152 mit weiteren Bauelementen verbunden werden, so dass beispielsweise weitere Teile der Auswerteschaltung 140 außerhalb des Substrats 142 angeordnet sein können. So kann die Auswerteschaltung 140 auch mehrere Bauelemente umfassen, welche auf dem Substrat 142 oder außerhalb des Substrats 142 angeordnet sein können, beispielsweise in einem Gehäuse der Sensoranordnung 110, welches in Figur 2 nicht dargestellt ist. Die Auswerteschaltung 140 kann auch ganz oder teilweise auf der gegenüberliegende Seite des Substrats 142 angeordnet sein und/oder ganz oder teilweise in das Substrat 142 integriert werden. Nicht dargestellt in Figur 2 sind zudem Leiterbahnen, welche beispielsweise die Substratkontaktierungen 152 mit der Auswerteschaltung 140 verbinden und/oder die Auswerteschaltung 140 mit dem Sensorelement 136. Auch eine direkte Verbindung zwischen dem Sensorelement 136 und den Substratkontaktierungen 152 ist möglich.
Das Sensorelement 136 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel den Sensorchip
138 auf, welcher beispielsweise ganz oder teilweise als Silizium-Sensorchip ausgestal- tet ist und welcher ein Festland 1 18 und eine, beispielsweise durch ein Ätzverfahren hergestellte, Sensormembran 154 aufweist. Auf und/oder in der Sensormembran 154 können beispielsweise ein oder mehrere Dehnungswiderstände angeordnet sein, welche in Figur 2 nicht dargestellt sind, beispielsweise piezoelektrische Dehnungswider- stände. Das Sensorelement 136 wirkt als Drucksensor 156, indem die als Sensorfläche
158 wirkende Oberfläche der Sensormembran 154 mit einem Druck beaufschlagt wird. Über eine Öffnung im Substrat 142 kann die Sensormembran 154 von einer entgegengesetzten Seite mit einem Referenzdruck beaufschlagt werden, beispielsweise über ein Referenzdruckrohr. Andere Ausgestaltungen sind grundsätzlich möglich. Durch ei- ne Durchbiegung der Sensormembran 154 aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem
Messdruck, welcher von der Sensorfläche 158 her auf die Sensormembran 154 einwirkt, und dem Referenzdruck, welcher von der Unterseite her auf die Sensormembran 154 einwirkt, biegt sich diese Sensormembran 154, was wiederum durch die Dehnungswiderstände erfasst werden kann und beispielsweise mittels einer Widerstands- brückenschaltung ausgewertet werden kann. Alternativ zu der in Figur 2 gezeigten
Darstellung mit lediglich einem Sensorelement 136 sind auch Sensoranordnungen 110 mit einer Mehrzahl von Sensorelementen 136 möglich, welche dieselbe Eigenschaft eines Mediums und/oder unterschiedliche Eigenschaften eines Mediums erfassen können.
Wiederum ist auch das Sensorelement 136 in Figur 2 durch eine Schutzabdeckung 122 in Form eines Gels 124 geschützt. Wiederum kann beispielsweise ein Kunststoffrahmen 150 vorgesehen sein, welcher eine Ausbreitung des Gels 124 in unerwünschte Bereiche auf dem Substrat 142 verhindern kann.
Bei Drucksensoren 156, in welchen die Auswerteschaltung 140 und der Sensorchip 138 integriert in einem Bauelement vorgesehen ist, kann bereits eine Verlustleistung der Auswerteschaltung 140 zu einer Erwärmung der Sensoranordnung 1 10 um 4 bis circa 6,5 Kelvin wirken. Bei zukünftigen Sensorgenerationen wie beispielsweise der in Figur 2 dargestellten Sensoranordnung 1 10, bei welchen der Sensorchip 138 und die
Auswerteschaltung 140 getrennt voneinander angeordnet sind, um beispielsweise auch digitale Signale bereitstellen zu können, ist jedoch eine geringere Erwärmung des Sensorchips 138 zu verzeichnen. Um dennoch die oben beschriebene Wirkung der Aufheizung des Sensorelements 136 und damit eine Vermeidung von Kondensation zu bewirken, insbesondere bei Sensoranordnungen 110, bei welchen lediglich ein Bruchteil der Stromaufnahme in Wärme umgewandelt wird, und bei welchen somit per se das Risiko von Bondablösungen oder Korrosion erhöht ist, wird erfindungsgemäß daher vorgeschlagen ein oder mehrere Heizelemente 160 in die Sensoranordnung 110 zu integrieren.
Diese Heizelemente 160 können beispielsweise zusätzliche Heizwiderstände umfassen, welche beispielsweise auf dem Festland 1 18 angeordnet sein können, beispielsweise um die Sensormembran 154 herum. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch eine Anordnung auf der Sensormembran 154 und/oder auf einem Chip-Träger, beispielsweise dem Substrat 142, insbesondere einem Keramiksubstrat, möglich, und/oder eine Anordnung auf dem Gelrähmchen 150 und/oder einem Gehäusespritzteil. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann auch eine Brückenschaltung, beispielsweise eine Widerstandsbrückenschaltung, welche Teil des Sensorelements 136 ist, selbst als Heizelement 160 und/oder als Teil dieses Heizelements 160 eingesetzt werden. Die Sensoranordnung kann beispielsweise eingerichtet sein, um, insbesondere gesteuert/geregelt, eine Betriebstemperatur des Sensorelements 136 derart einzustellen, dass diese um beispielsweise 4 bis 10 Kelvin gegenüber der Umgebungstemperatur erhöht ist. Um mit der Betriebstemperatur die maximale Spezifikation des Sensorchips 138 nicht zu überschreiten, kann die Heizleistung auch oberhalb von 100 0C oder einer anderen Maximaltemperatur abgeschaltet werden und/oder die Heizleistung kann generell geregelt werden.

Claims

Ansprüche
1. Sensoranordnung (1 10) zur Erfassung eines Drucks, insbesondere eines Mediums, wobei die Sensoranordnung (110) mindestens ein Sensorelement (136) zur Erfassung des Drucks aufweist, wobei das Sensorelement (136) zumindest teilweise durch eine Schutzabdeckung (122) abgeschirmt ist, wobei die Sensoranordnung (1 10) weiterhin mindestens ein Heizelement (160) aufweist, wobei die Sensoranordnung (1 10) eingerichtet ist, um mittels des Heizelements (160) einer Kondensation, insbesondere einer Bildung von Abgaskondensat, an der Sensoranord- nung (110), insbesondere an der Schutzabdeckung (122), entgegenzuwirken.
2. Sensoranordnung (1 10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Sensorelement (136) ein Drucksensor (156) ist, wobei der Drucksensor (156) mindestens eine Sensormembran (154) aufweist, wobei die Sensormembran (154) von einer Seite her mit einem Referenzdruck beaufschlagbar ist und von einer entgegengesetzten Seite her mit einem Messdruck beaufschlagbar ist.
3. Sensoranordnung (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (136) eine Sensormembran (154) und ein mit der Sensormembran (154) verbundenes Festland (1 18) umfasst, wobei das Heizelement (160) ganz oder teilweise auf mindestens einem der folgenden Elemente angeordnet ist: der Sensormembran (154); dem Festland (1 18); einem die Sensormembran (154) und/oder das Festland (118) aufnehmenden Substrat (142), insbesondere einem Keramiksubstrat und/oder einem Gehäuseteil, insbesondere einem Gehäusespritz- teil.
4. Sensoranordnung (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (160) eingerichtet ist, um das Sensorelement (136), insbesondere eine Sensorfläche (158) des Sensorelements (136), im wesentlichen homogenen zu beheizen.
5. Sensoranordnung (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (136) mindestens einen Messwiderstand umfasst, insbesondere mindestens einen Dehnungswiderstand, und/oder eine Widerstandsbrückenschal- tung, wobei der Messwiderstand und/oder die Widerstandsbrückenschaltung zumindest teilweise Bestandteil des Heizelements (160) sind.
6. Sensoranordnung (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (1 10) weiterhin eine Auswerteschaltung (140) umfasst, wobei die Auswerteschaltung (140) zumindest teilweise räumlich getrennt von dem Sen- sorelement (136) angeordnet ist und wobei das Heizelement (160) eingerichtet ist, um zumindest das Sensorelement (136) zu beheizen.
7. Sensoranordnung (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzabdeckung (122) ein Gel (124) umfasst, insbesondere eines oder mehrere der folgenden Gele: ein Dimethylsiloxangel; ein Fluorsilikongel; ein Perfluorpolye- ther.
8. Sensoranordnung (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (1 10) eingerichtet ist, um die Betriebstemperatur zu erfassen und eine Heizleistung des Heizelements (160) zu steuern und/oder zu regeln.
9. Sensoranordnung (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (1 10) eingerichtet ist, um eine Heizleistung des Heizelements (160) derart zu steuern und/oder zu regeln, dass die Betriebstemperatur eine vor- gegebene Maximaltemperatur, insbesondere einem Maximaltemperatur zwischen
90 0C und 150 0C, vorzugsweise eine Maximaltemperatur von 100 0C, nicht überschreitet.
10. Sensoranordnung (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (1 10) eingerichtet ist, um die Betriebstemperatur um 2 K bis 15
K, vorzugsweise um 4 K bis 6,5 K, oberhalb der Umgebungstemperatur einzustellen.
1 1. Sensoranordnung (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (1 10) mindestens einen Anschlusskontakt (1 12) umfasst, wobei das Heizelement (160) eingerichtet ist, um den Anschlusskontakt (1 12) zu heizen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020203910B3 (de) * 2020-03-26 2021-06-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Detektieren einer Verunreinigung eines MEMS-Sensorelements

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2554968B1 (de) * 2011-08-01 2019-01-16 Sensata Technologies, Inc. Sensorsystem zur Messung des Differenzdrucks
WO2013068035A1 (en) * 2011-11-08 2013-05-16 X-Fab Semiconductor Foundries Ag Interconnect device, electronic device, and method of using a self-heatable conductive path of the interconnect device
DE102015110092B4 (de) * 2015-06-23 2017-08-10 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Feldgerät zum Einsatz in hygienischen Anwendungen in der Prozess- und Automatisierungstechnik und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102016217132A1 (de) 2016-09-08 2018-03-08 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Drucksensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030070489A1 (en) * 2001-10-12 2003-04-17 Kavlico Corporation Corrosion-proof pressure transducer
EP1380826A2 (de) * 2002-07-10 2004-01-14 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Halbleiter-Drucksensor
DE102005029841A1 (de) * 2004-07-28 2006-03-23 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung mit integrierter Heizung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030070489A1 (en) * 2001-10-12 2003-04-17 Kavlico Corporation Corrosion-proof pressure transducer
EP1380826A2 (de) * 2002-07-10 2004-01-14 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Halbleiter-Drucksensor
DE102005029841A1 (de) * 2004-07-28 2006-03-23 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung mit integrierter Heizung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Sensoren im Kraftfahrzeug", 2007, ROBERT BOSCH GMBH, pages: 74 - 76,128-1

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020203910B3 (de) * 2020-03-26 2021-06-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Detektieren einer Verunreinigung eines MEMS-Sensorelements
US11629047B2 (en) 2020-03-26 2023-04-18 Robert Bosch Gmbh Method for detecting contamination of a MEMS sensor element

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