WO2014048660A1 - Sensor zur detektion von teilchen - Google Patents

Sensor zur detektion von teilchen Download PDF

Info

Publication number
WO2014048660A1
WO2014048660A1 PCT/EP2013/067769 EP2013067769W WO2014048660A1 WO 2014048660 A1 WO2014048660 A1 WO 2014048660A1 EP 2013067769 W EP2013067769 W EP 2013067769W WO 2014048660 A1 WO2014048660 A1 WO 2014048660A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
chip
measuring electrodes
ceramic substrate
layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/067769
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Doering
Marc Brueck
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US14/429,142 priority Critical patent/US9933352B2/en
Priority to CN201380050250.XA priority patent/CN104685340B/zh
Priority to EP13753629.8A priority patent/EP2901134A1/de
Priority to KR1020157007528A priority patent/KR20150058252A/ko
Publication of WO2014048660A1 publication Critical patent/WO2014048660A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/04—Filtering activity of particulate filters

Definitions

  • Particles in particular of soot particles in an exhaust stream of an internal combustion engine, described.
  • soot a concentration of particles such as soot or
  • Dust particles to measure in an exhaust gas. This can be done for example by a
  • the electric current that flows between them when an electric voltage is applied to the electrodes is measured.
  • the soot particles settle between the electrodes due to electrostatic forces and form electrically conductive bridges between the electrodes over time. The more of these bridges are present, the more the measured current increases. It thus forms an increasing short circuit of the electrodes.
  • Such sensors are, for example, in an exhaust line of a
  • Exhaust after-treatment devices such as a particulate filter
  • This type of functionality monitoring is commonly referred to as On-board diagnosis referred to.
  • Soil deposits for the detection of soot draws Due to its functionality, the resistive soot sensor aligns itself with the collecting principles.
  • Temperature sensing can be realized on different levels one above the other.
  • the interdigital electrodes made of platinum, between which soot bridges form when an electrical potential difference is applied, which thus result in the sensor signal due to a short circuit, are thereby applied in screen printing technology on the upper side of the ceramic substrate.
  • the sensitivity of the sensor is essentially limited by the distance between the interdigital electrodes, which is as small as possible.
  • the above-described construction of the sensor made of ceramic has a comparatively low thermal conductivity. Accordingly, the heating element must be designed with a higher heating power in order to ensure sufficient for burning the sensor temperature with the required dynamics. This increases the
  • Insulate interdigital electrode measuring range thermally so well that the for the
  • Soot particles comprising at least two measuring electrodes and a heating element, wherein the measuring electrodes are arranged on a chip of an electrically insulating material, wherein the sensor further comprises a ceramic substrate on which the
  • Heating element is arranged, wherein the chip is connected to the ceramic substrate.
  • the ceramic substrate may have a recess, wherein the chip is arranged in the recess.
  • the ceramic substrate may be formed so that the ceramic substrate fixes the chip in the recess.
  • the measuring electrodes can be electrically contacted via the ceramic substrate, in particular via at least two conductor tracks on the ceramic substrate.
  • the measuring electrodes may be formed interlocking.
  • the measuring electrodes can be arranged in a circle and / or star shape on the chip.
  • the ceramic substrate may be a
  • the ceramic substrate may cover the chip such that a circular, oval, rectangular or polygonal area of the surface of the chip is exposed, the electrodes being disposed within the circular area.
  • the ceramic substrate may comprise a layer structure.
  • the layer structure may include at least a first layer on which the heating element is arranged, and at least one second layer, wherein the second layer is arranged such that it partially covers a surface of the chip on which the measuring electrodes are arranged.
  • the Layer may comprise conductor tracks for electrically contacting the measuring electrodes.
  • the ceramic substrate may face toward a surface of the chip on which the
  • Measuring electrodes are arranged to be rounded.
  • the chip can touch the heating element.
  • the chip may have a thickness of 500 ⁇ m to 800 ⁇ m, preferably of 550 ⁇ m to 750 ⁇ m, and more preferably of 600 ⁇ m to 700 ⁇ m.
  • the chip may have a width of 2 mm to 4 mm, preferably 2.5 mm to 3.5 mm, and still more preferably from 2.75 mm to 3.25 mm.
  • the chip may be at least partially made of an inorganic semiconductor material.
  • the chip may be made substantially of silicon.
  • particles are to be understood as meaning, in particular, electrically conductive particles, such as, for example, soot or dust particles.
  • measuring electrodes are electrodes which are suitable for a current-voltage measurement.
  • a current-voltage measurement in the context of the present invention is a measurement in which either a specific electrical voltage is applied to the measuring electrodes and an electric current flow is measured between the measuring electrodes or an electrical current is applied to the measuring electrodes and an electrical voltage is measured between the measuring electrodes.
  • a current-voltage measurement can be a resistance measurement, wherein a resistance of the structure formed by the measuring electrodes and the substrate can be measured.
  • a voltage-controlled or voltage-controlled measurement and / or a current-controlled and / or current-controlled measurement can be carried out.
  • the application of the current and / or the voltage can take place in the form of a continuous signal and / or also in the form of a pulsed signal.
  • a DC voltage and / or a DC current can be applied and a current response or a voltage response can be detected.
  • a pulsed voltage and / or a pulsed current may be applied and a
  • a measured variable is therefore to be understood as a variable determined by the current-voltage measurement, which quantity may accordingly be an electrical current or an electrical voltage. Also a result
  • derived electrical resistance can be used as a measured variable.
  • interdigital electrodes are understood to mean electrodes which are arranged in such a way that they engage in one another, in particular mesh with one another in a comb-like manner.
  • an electrically insulating material is to be understood as meaning any material which is suitable for preventing a flow of current, for example a ceramic.
  • silicon and / or alumina and / or zirconia can be used.
  • a heating element is understood to mean an element which is suitable for heating the sensor in such a way that the particles deposited between the measuring electrodes are eliminated. This can be done for example by electrical energy, which is converted into Joule heat.
  • the heating element is designed as a resistive heating element, d. H. as electrical
  • Resistance path For example, an electrical voltage is applied to the heating element, which leads to a current flow through conductor tracks of the heating element. Due to the electrical resistance of the tracks there is a generation of heat. The heat is thereby, inter alia, at areas of the substrate between the
  • Measuring electrodes in which the particles have deposited discharged Temperatures of approx. 700 ° C are reached.
  • a chip is to be understood as an unheated substrate in cuboid or platelet form.
  • a “nude chip” can be obtained by sawing or breaking a finished wafer into rectangular parts, on each of which a complete, functional component is located, such as the measuring electrodes.
  • a ceramic substrate also comprises a multilayer structure. That is, the ceramic substrate may be composed of a plurality of layers or foils. Under a layer is to be understood a flat extent of a uniform material at a certain height, which may be arranged above, below, below or on other components. Under a thickness of the chip while a dimension is parallel to a
  • a width of the chip is a dimension perpendicular to such a layer structure and perpendicular to one
  • a production from “substantially" a material is to be understood as meaning a production of the respective component of at least 70% by volume from this material the component is made of at least 70% by volume of silicon.
  • the advantages of the proven ceramic multilayer structure which offers a certain thermal and mechanical robustness and low thermal conductivity, with the advantages of silicon technology,
  • an optimum for the measurement function silicon component is integrated into a ceramic substrate.
  • the measurement function silicon component is integrated into a ceramic substrate.
  • Microstructuring to improve the sensitivity limited to a silicon chip which includes only the measuring electrodes and as such is immovably inserted into a corresponding recess in the ceramic structure.
  • This has the advantage that silicon as an expensive material is used only where it offers functional advantages, which increases the yield of silicon chips per wafer.
  • Platinum can be sputtered onto the silicon chip using thin-film processes and patterned by photolithography, whereby feature sizes such as, for example, gaps and
  • Electrode widths of up to 1 ⁇ can be realized. By this measure is a
  • Sensor signal current in the order of 1 mA can be achieved with a potential difference of 12 V, depending on the design of the measuring electrode structure in addition significantly lower tripping times than a ceramic element can be achieved, such as 30 s compared to 300 s in conventional sensors.
  • Silicon as a chip material also has a depending on the temperature level 15- to 30-fold higher thermal conductivity and a higher thermal conductivity than the ceramic material, such as zirconia, which sets a more homogeneous temperature distribution at the same time faster heating during heating for the regeneration cycle in the field of measuring electrodes , To limit the maximum heat output required for regeneration, it is important that the remaining areas of the rod-shaped sensor have a low thermal conductivity in order to minimize the outflow of heating power into the housing. This is ensured by the use of ceramic as a carrier material for the silicon chip.
  • Figure 1 is a cross-sectional view taken along a longitudinal direction of a
  • FIG. 2 shows a perspective view of a chip
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the chip
  • Figure 4 is a plan view of the sensor according to the invention for the detection of
  • the sensor 10 for the detection of particles, in particular of soot particles in a gas stream, such as an exhaust stream of an internal combustion engine, which is used for installation in an exhaust system of a motor vehicle.
  • the sensor 10 is designed as a soot sensor and preferably arranged downstream of a soot filter of a motor vehicle with a diesel internal combustion engine.
  • the sensor 10 includes a substrate 12.
  • the substrate 12 is made of a ceramic such as zirconia. Accordingly, the substrate 12 is a ceramic substrate.
  • the sensor 10 further comprises a heating element 14 and two measuring electrodes 16.
  • the measuring electrodes 16 are arranged on a chip 18 made of an electrically insulating material.
  • the measuring electrodes 16 may also be disposed on an insulating thin intermediate layer deposited on the surface of the chip 18.
  • the chip 18 is at least partially made of an inorganic semiconductor material.
  • the chip 18 is in
  • the chip 18 is made entirely of silicon.
  • the ceramic substrate 12 comprises in particular a layer structure 20
  • Layer structure 20 is formed by a first layer 22, a second layer 24 and a third layer 26.
  • the first layer 22 and the third layer 26 sandwich the heating element 14 in the longitudinal sectional view of FIG. It is understood, however, that the heating element 14 is actually integrated between the first layer 22 and the third layer 26 such that the heating element 14 is surrounded on all sides by the first layer 22 and the third layer 26.
  • a temperature sensor 28 On the side facing away from the heating element 14 of the third layer 26, a temperature sensor 28 may be arranged.
  • the first layer 22 also has a recess 30 in which the chip 18 is arranged.
  • the heating element 14 and the chip 18 need not necessarily be arranged in the same ceramic layer 22 of the layer structure 20. As can be seen from the representations of FIGS. 2 and 3, the chip 18 is substantially cuboid.
  • the chip 18 has a thickness of 500 ⁇ to 800 ⁇ , preferably from 550 ⁇ to 750 ⁇ and more preferably from 600 ⁇ to 700 ⁇ , such as 675 ⁇ .
  • the thickness of the chip 18 is a dimension parallel to a direction of the arrangements of the layers 22, 24, 26 and extends in the representation of Figure 1 from top to bottom or vice versa.
  • the chip 18 may have a width of 2 mm to 4 mm, preferably 2.5 mm to 3.5 mm, and more preferably 2.75 mm to 3.25 mm, such as 3.0 mm.
  • the width of the chip 18 is a dimension parallel to the layers 22, 24, 26 and perpendicular to a longitudinal direction of the sensor 10. In the illustration of Figure 1, the width is perpendicular to
  • a thin oxide layer 33 may be arranged with a thickness of, for example, 2.5 ⁇ m.
  • the oxide layer 33 serves the reliable electrical insulation of
  • the thermal oxide at a high temperature of about 1000 ° C time-controlled to a thickness of up to 5 ⁇
  • Measuring electrodes 16 may, for example, be arranged on the chip 18 in a circular and / or star-shaped manner.
  • the measuring electrodes 16 may have a thickness of, for example, 150 nm.
  • the measuring electrodes 16 are connected by means of a
  • the measuring electrodes 16 are present as a platinum thin layer.
  • a star-shaped structure of the measuring electrodes 16 is shown.
  • a star-shaped structure is preferred for stagnation point flows of the surface 32 and the sensor 10, since it has a potential for faster response times and higher
  • the second layer 24 partially covers the surface 32 of the chip 18.
  • the second layer 24 may partially cover the surface 32 such that a circular area 34 of the surface 32 is exposed, as shown in FIG. 4, for example.
  • the region 34 may alternatively be oval, rectangular or polygonal. Within the exposed area 34 are the
  • Measuring electrodes 16 are arranged. Furthermore, the second layer 24 may be formed rounded toward the surface 32, for example in the form of a rounded step 36. Further, the second layer 24 on its underside 38, d. H. the side facing the first layer 22, two conductor tracks 40 for electrically contacting the measuring electrodes 16 on. As indicated in FIGS. 1 and 2, the conductor tracks 40 partially cover the surface 32 of the chip 18 in such a way that they can be electrically contacted with the measuring electrodes 16.
  • the chip 18 touches the heating element 14 with a surface 42, which is opposite to the measuring electrodes 16 or the surface 32 and forms a lower side of the chip 18. so that one of the heating element 14 introduced
  • Heating power can get directly into the chip 18 and the measuring electrodes 16.
  • the entire sensor 10 is, for example, 1 mm thick, 4 mm wide and 60 mm long, wherein a length or longitudinal direction of the sensor is a dimension from left to right and vice versa in the illustration of Figure 1.
  • the chip 18 may be manufactured separately from the remaining components of the sensor 10, such as the layers 22, 24, 26, the heating element 14, the temperature sensor 28, and so on.
  • the measuring electrodes 16 can for example be manufactured separately on the chip 18, ie before the chip 18 is inserted into the recess 30. However, it is also possible, the measuring electrodes 16 to produce 18 after insertion of the chip.
  • the measuring electrodes 16 are applied in the form of the abovementioned platinum thin layer with a layer thickness of 150 nm.
  • the thus prepared chip 18 can then be inserted into the recess 30 of the substrate 12.
  • the second layer 24 serves, for example, as a cover film to fix the chip 18.
  • the conductor tracks 40 for electrical contacting of the measuring electrodes 16 are mounted on the underside of the second layer 24 on the underside of the second layer 24 .
  • the interconnects 40 and the contact surfaces of the measuring electrodes 16 on the surface 32 of the chip 18 are dimensioned so that, taking into account all tolerances, such as clearance of the recess 30 for the chip 18, a mutual coverage is guaranteed under all conditions.
  • the first layer 22 in turn has the recess 30, which is advantageously adapted to the contour of the chip 18 and ensures a sufficient overlap region with the silicon chip 18. This can be reliably fixed after assembly and final sintering. In particular, with an adapted thickness of the first layer 22, it is achieved that the shrinkage of the ceramic substrate 12 during sintering leads to a desired bias and thus a good contacting of the chip 18 and the measuring electrodes 16.
  • the chip 18 is, as mentioned above, with its bottom directly on the heating element 14, so that there are no significant losses in the transition of the heating power.
  • the formation of the rounded step 36 may be preferred, as there is a flow radially from the inside to the outside undisturbed along the measuring electrodes 16, while in a longitudinal flow, the upstream stage is a disorder that may affect the sensor signal.
  • the sensor 10 may further comprise a housing, not shown, which surrounds the structure shown in Figure 1 and for reasons of simplicity, the explanation of the structure of the sensor 10 in Figure 1 is not shown.
  • the housing may be formed as a catching sleeve, which is provided with an opening in a region above the measuring electrodes 16 and serves to calm a flowing gas stream in the exhaust line, so that soot particles or other particles contained in the gas stream preferably in the Deposit measuring electrodes 16.
  • the sensor 10 shown in FIG. 1 can operate as follows
  • Measuring electrodes 16 a typical for a so-called RC element behavior. This means that the soot or particle concentration in the relevant exhaust gas can be determined on the basis of the temporal change of the resistance component of the RC element.
  • the deposited particles can be burned off after a certain time by means of the heating element 14 integrated in the ceramic substrate 12.
  • the resistance between the measuring electrodes 16 should rise significantly after this so-called heating and preferably approach infinity.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Sensor (10) zur Detektion von Teilchen, insbesondere von Rußpartikeln, vorgeschlagen. Der Sensor (10) umfasst mindestens zwei Messelektroden (16) und ein Heizelement (14). Die Messelektroden (16) sind auf einem Chip (18) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bzw. auf diesem über eine elektrisch isolierende Zwischenschicht angeordnet. Der Sensor (10) umfasst ferner ein keramisches Substrat (12), auf dem das Heizelement (14) angeordnet ist. Der Chip (18) ist mit dem keramischen Substrat (12) verbunden. Der Chip (18) besteht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit.

Description

Beschreibung Titel
Sensor zur Detektion von Teilchen
Stand der Technik Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Detektion von Teilchen, wie beispielsweise Ruß- oder Staubpartikeln, bekannt.
Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer Ausführungsformen und Anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Sensoren zur Detektion von
Teilchen, insbesondere von Rußpartikeln in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, beschrieben.
Es ist aus der Praxis bekannt, mittels zweier Elektroden, die auf einer Keramik
angeordnet sind, eine Konzentration von Teilchen, wie beispielsweise Ruß- oder
Staubpartikeln, in einem Abgas zu messen. Dies kann beispielsweise durch eine
Messung des elektrischen Widerstands des die beiden Elektroden trennenden
keramischen Werkstoffs erfolgen. Genauer wird der elektrischer Strom gemessen, der beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden zwischen diesen fließt. Die Rußpartikel lagern sich aufgrund elektrostatischer Kräfte zwischen den Elektroden ab und bilden mit der Zeit elektrisch leitfähige Brücken zwischen den Elektroden. Je mehr dieser Brücken vorhanden sind, umso mehr steigt der gemessene Strom. Es bildet sich somit ein zunehmender Kurzschluss der Elektroden.
Derartige Sensoren werden beispielsweise in einem Abgasstrang einer
Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor der Dieselbauart, eingesetzt. Üblicherweise befinden sich diese Sensoren stromabwärts des Auslassventils bzw. des Dieselpartikelfilters. Aufgrund eines steigenden Umweltbewusstseins und auch bedingt durch gesetzliche Vorschriften, muss zukünftig der Rußausstoß während des Fahrbetriebs eines Kraftfahrzeugs überwacht und die Funktionalität der
Abgasnachbehandlungseinrichtungen, wie beispielsweise eines Partikelfilters,
sichergestellt werden. Diese Art der Überwachung der Funktionalität wird allgemein als On-Board-Diagnose bezeichnet. Darüber hinaus ist eine Beladungsprognose von
Dieselpartikelfiltern notwendig. Eine Möglichkeit hierzu bietet ein resistiver Rußsensor, der die Widerstandsänderung einer interdigitalen Elektrodenstruktur aufgrund von
Rußanlagerungen zur Detektion des Rußes heranzieht. Aufgrund seiner Funktionsweise ordnet sich der resistive Rußsensor bei den sammelnden Prinzipien an.
Die DE 10 2006 002 1 1 1 A1 beschreibt beispielsweise einen Rußpartikelsensor, der aus einer Keramik-Mehrlagentechnologie, d.h. aus mehreren übereinander angeordneten Schichten, aufgebaut ist. Die Mehrlagentechnologie ermöglicht eine kompakte und robuste Bauweise, bei der sich die Funktionen Rußsensierung, Heizung und
Temperatursensierung auf verschiedenen Ebenen übereinander realisieren lassen. Die Interdigitalelektroden aus Platin, zwischen denen sich bei Anliegen einer elektrischen Potenzialdifferenz Rußbrücken ausbilden, die somit durch Kurzschluss das Sensorsignal ergeben, werden dabei in Siebdrucktechnik auf der Oberseite des Keramiksubstrats aufgebracht. Die Empfindlichkeit des Sensors ist im Wesentlichen durch den Abstand zwischen den Interdigitalelektroden begrenzt, der so klein wie möglich angestrebt wird.
Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Detektion von Teilchen beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So weist der oben beschriebene Aufbau des Sensors aus Keramik eine vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Entsprechend muss das Heizelement mit einer höheren Heizleistung ausgelegt sein, um eine zum Freibrennen des Sensors ausreichende Temperatur mit der geforderten Dynamik sicherzustellen. Dadurch steigt der
Stromverbrauch. Ferner erfordert der mit diesen Sensoren erreichbare elektrische
Signalstrom in der Größenordnung von μΑ eine Potenzialdifferenz von mehr als 40 V, weshalb die Signalverarbeitung ein eigenes Steuergerät benötigt. Dadurch gestaltet sich die Applikation des Sensors aufwändig. Die Herstellung von Sensoren aus Materialien, wie beispielsweise Silizium, erlaubt zwar eine fotolithografische Feinstrukturierung des Interdigitalelektrodenmessbereichs und bietet somit das Potenzial, auf ein
Sensorsteuergerät verzichten zu können, um Kosten vorteile zu erzielen, allerdings ist aufgrund der wesentlich größeren Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zur Keramik ein erheblicher prozesstechnischer Aufwand zu treiben, um den
Interdigitalelektrodenmessbereich thermisch so gut zu isolieren, dass die für die
Regeneration nötige Heizleistung beherrschbar bleibt. Darüber hinaus ist Silizium zu teuer, um es als Material in Bereichen des Sensors zu verwenden, wo seine Vorzüge gar nicht zur Geltung kommen oder wo andere Eigenschaften, wie beispielsweise Sprodigkeit, sogar eher von Nachteil sind.
Offenbarung der Erfindung
Es wird daher ein Sensor zur Detektion von Teilchen, insbesondere von Rußpartikeln, vorgeschlagen, welcher die Nachteile bekannter Sensoren zumindest weitgehend vermeiden kann. Ein erfindungsgemäßer Sensor zur Detektion von Teilchen, insbesondere von
Rußpartikeln, umfasst mindestens zwei Messelektroden und ein Heizelement, wobei die Messelektroden auf einem Chip aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet sind, wobei der Sensor ferner ein keramisches Substrat umfasst, auf dem das
Heizelement angeordnet ist, wobei der Chip mit dem keramischen Substrat verbunden ist.
Das keramische Substrat kann eine Aussparung aufweisen, wobei der Chip in der Aussparung angeordnet ist. Das keramische Substrat kann so ausgebildet sein, dass das keramische Substrat den Chip in der Aussparung fixiert. Die Messelektroden können über das keramische Substrat elektrisch kontaktierbar sein, insbesondere über mindestens zwei Leiterbahnen auf dem keramischen Substrat. Die Messelektroden können ineinandergreifend ausgebildet sein. Die Messelektroden können kreisförmig und/oder sternförmig auf dem Chip angeordnet sein. Das keramische Substrat kann eine
Oberfläche des Chips, auf der die Messelektroden angeordnet sind, teilweise bedecken. Das keramische Substrat kann den Chip so bedecken, dass ein kreisförmiger, ovaler, rechteckiger oder polygonaler Bereich der Oberfläche des Chips freiliegt, wobei die Elektroden innerhalb des kreisförmigen Bereichs angeordnet sind. Das keramische Substrat kann einen Schichtaufbau umfassen. Der Schichtaufbau kann zumindest eine erste Schicht, auf der das Heizelement angeordnet ist, und mindestens eine zweite Schicht umfassen, wobei die zweite Schicht so angeordnet ist, dass sie eine Oberfläche des Chips, auf der die Messelektroden angeordnet sind, teilweise bedeckt. Die zweite
Schicht kann Leiterbahnen zum elektrischen Kontaktieren der Messelektroden aufweisen. Das keramische Substrat kann zu einer Oberfläche des Chips hin, auf der die
Messelektroden angeordnet sind, abgerundet ausgebildet sein. Der Chip kann das Heizelement berühren. Der Chip kann eine Dicke von 500 μηη bis 800 μηη, bevorzugt von 550 μηη bis 750 μηη und noch bevorzugter von 600 μηη bis 700 μηη aufweisen. Der Chip kann eine Breite von 2 mm bis 4 mm, bevorzugt von 2,5 mm bis 3,5 mm und noch bevorzugter von 2,75 mm bis 3,25 mm aufweisen. Der Chip kann zumindest teilweise aus einem anorganischen Halbleitermaterial hergestellt sein. Der Chip kann beispielsweise im Wesentlichen aus Silizium hergestellt sein. Unter Teilchen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere elektrisch leitfähige Teilchen zu verstehen, wie beispielsweise Ruß- oder Staubpartikel.
Unter Messelektroden sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Elektroden zu verstehen, die für eine Strom-Spannungsmessung geeignet sind.
Unter einer Strom-Spannungsmessung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Messung zu verstehen, bei der entweder an die Messelektroden eine bestimmte elektrische Spannung angelegt wird und ein elektrischer Stromfluss zwischen den Messelektroden gemessen wird oder an die Messelektroden ein elektrischer Strom angelegt wird und eine elektrische Spannung zwischen den Messelektroden gemessen wird. Eine Strom-Spannungsmessung kann insbesondere eine Widerstandsmessung sein, wobei ein Widerstand des durch die Messelektroden und das Substrat gebildeten Aufbaus gemessen werden kann. Es kann beispielsweise eine spannungsgesteuerte oder spannungsgeregelte Messung und/oder eine stromgesteuerte und/oder stromgeregelte Messung erfolgen. Das Anlegen des Stroms und/oder der Spannung kann in Form eines kontinuierlichen Signals und/oder auch in Form eines gepulsten Signals erfolgen. So können beispielsweise eine Gleichspannung und/oder ein Gleichstrom angelegt werden und eine Stromantwort bzw. eine Spannungsantwort erfasst werden. Alternativ können eine gepulste Spannung und/oder ein gepulster Strom angelegt werden und eine
Stromantwort bzw. eine Spannungsantwort erfasst werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist daher unter einer Messgröße eine durch die Strom-Spannungsmessung ermittelte Größe zu verstehen, die entsprechend ein elektrischer Strom oder eine elektrische Spannung sein kann. Auch ein daraus
hergeleiteter elektrischer Widerstand kann als Messgröße verwendet werden.
Unter Interdigitalelektroden sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Elektroden zu verstehen, die so angeordnet sind, dass sie ineinander eingreifen, insbesondere kammförmig ineinander eingreifen. Unter einem elektrisch isolierenden Werkstoff ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeder Werkstoff zu verstehen, der geeignet ist, einen Stromfluss zu verhindern, wie beispielsweise eine Keramik. Insbesondere können Silizium und/oder Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumoxid verwendet werden.
Unter einem Heizelement ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, das geeignet ist, den Sensor derart zu erwärmen, dass die zwischen den Messelektroden angelagerten Teilchen beseitigt werden. Dies kann beispielsweise durch elektrische Energie erfolgen, die in Joulesche Wärme umgewandelt wird. Beispielsweise ist das Heizelement als resistives Heizelement ausgebildet, d. h. als elektrische
Widerstandsbahn. Beispielsweise wird an das Heizelement eine elektrische Spannung angelegt, die zu einem Stromfluss durch Leiterbahnen des Heizelements führt. Aufgrund des elektrischen Widerstands der Leiterbahnen kommt es zu einer Wärmeentwicklung Die Wärme wird dabei unter anderem an Bereiche des Substrats zwischen den
Messelektroden, in denen sich die Teilchen abgelagert haben, abgegeben. Dabei werden Temperaturen von ca. 700 °C erreicht.
Unter einem Chip ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein ungehäustes Substrat in Quader- oder Plättchenform zu verstehen. Ein solcher„Nacktchip" kann durch Sägen oder Brechen eines fertig bearbeiteten Wafers in rechteckige Teile gewonnen werden, auf denen sich je ein vollständiges, funktionsfähiges Bauteil befindet, wie beispielsweise die Messelektroden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst ein keramisches Substrat auch einen Mehrschichtaufbau. Das heißt, das keramische Substrat kann aus mehreren Schichten bzw. Folien aufgebaut sein. Unter einer Schicht ist dabei eine flächige Erstreckung eines einheitlichen Materials in einer gewissen Höhe zu verstehen, die über, zwischen, unter oder auf anderen Bauteilen angeordnet sein kann. Unter einer Dicke des Chips ist dabei eine Abmessung parallel zu einer
Anordnungsrichtung eines derartigen Schichtaufbaus zu verstehen, d.h. senkrecht zu den jeweils größten Oberflächen der übereinander angeordneten Schichten.
Unter einer Breite des Chips ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Abmessung senkrecht zu einem derartigen Schichtaufbau und senkrecht zu einer
Erstreckungsrichtung des Sensors zu verstehen. Unter einer Herstellung aus„im Wesentlichen" einem Material ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Herstellung des jeweiligen Bauteils zu mindestens 70 Vol.-% aus diesem Material zu verstehen. Beispielsweise bedeutet die Angabe„das Bauteil ist im Wesentlichen aus Silizium hergestellt", dass das Bauteil zu mindestens 70 Vol.-% aus Silizium hergestellt ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Vorteile des bewährten Keramik- Mehrlagenaufbaus, der eine gewisse thermische und mechanische Robustheit und niedrige Wärmeleitfähigkeit bietet, mit den Vorteilen der Siliziumtechnologie,
insbesondere der Mikrostrukturierbarkeit, kombiniert. Dabei wird ein für die Messfunktion optimales Siliziumbauteil in ein Keramiksubstrat integriert. Insbesondere wird die
Mikrostrukturierung zur Verbesserung der Empfindlichkeit auf einen Siliziumchip beschränkt, der lediglich die Messelektroden beinhaltet und als solcher unverrückbar in eine entsprechende Aussparung im Keramikaufbau eingefügt wird. Das hat den Vorteil, dass Silizium als teurer Werkstoff nur dort verwendet wird, wo er funktionale Vorteile bietet, wodurch sich die Ausbeute an Siliziumchips pro Wafer erhöht. Auf den Siliziumchip kann mit bekannten Verfahren Platin in Dünnschicht aufgesputtert und fotolithografisch strukturiert werden, wodurch Strukturgrößen, wie beispielsweise Gaps und
Elektrodenbreiten, von bis zu 1 μηη realisierbar sind. Durch diese Maßnahme ist ein
Sensorsignalstrom in der Größenordnung von 1 mA bei einer Potenzialdifferenz von 12 V erreichbar, wobei je nach Design der Messelektrodenstruktur zusätzlich deutlich geringere Auslösezeiten als bei einem Keramikelement erzielbar sind, wie beispielsweise 30 s im Vergleich zu 300 s bei herkömmlichen Sensoren. Silizium als Chipwerkstoff hat darüber hinaus eine je nach Temperaturniveau 15- bis 30-fach höhere Wärmeleitfähigkeit und insgesamt einen höheren Temperaturleitwert als das Keramikmaterial, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid, wodurch sich beim Heizen für den Regenerationszyklus im Bereich der Messelektroden eine homogenere Temperaturverteilung bei gleichzeitig schnellerer Aufheizzeit einstellt. Für die Begrenzung der maximal zur Regeneration benötigten Heizleistung ist es wichtig, dass die übrigen Bereiche des stabförmigen Sensors eine niedrige Wärmeleitfähigkeit haben, um den Abfluss der Heizleistung ins Gehäuse zu minimieren. Durch die Verwendung von Keramik als Trägermaterial für den Siliziumchip ist dies sichergestellt. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 eine Querschnittsansicht entlang einer Längsrichtung eines
erfindungsgemäßen Sensors zur Detektion von Teilchen, Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Chips,
Figur 3 eine Querschnittsansicht des Chips und
Figur 4 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Sensor zur Detektion von
Teilchen.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Sensors 10 zur Detektion von Teilchen, insbesondere von Rußpartikeln in einem Gasstrom, wie beispielsweise einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, der zum Einbau in einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs dient. Beispielsweise ist der Sensor 10 als Rußsensor ausgebildet und bevorzugt stromabwärts eines Rußfilters eines Kraftfahrzeugs mit einem Dieselverbrennungsmotor angeordnet.
Der Sensor 10 umfasst ein Substrat 12. Das Substrat 12 ist aus einer Keramik hergestellt bzw. aufgebaut, wie beispielsweise aus Zirkoniumdioxid. Entsprechend ist das Substrat 12 ein keramisches Substrat. Der Sensor 10 umfasst ferner ein Heizelement 14 und zwei Messelektroden 16. Die Messelektroden 16 sind auf einem Chip 18 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet. Die Messelektroden 16 können auch auf einer isolierenden dünnen Zwischenschicht, die auf der Oberfläche des Chips 18 abgeschieden ist, angeordnet sein. Insbesondere ist der Chip 18 zumindest teilweise aus einem anorganischen Halbleitermaterial hergestellt. Beispielsweise ist der Chip 18 im
Wesentlichen aus Silizium hergestellt. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Chip 18 beispielsweise vollständig aus Silizium hergestellt. Das keramische Substrat 12 umfasst insbesondere einen Schichtaufbau 20. Der
Schichtaufbau 20 wird von einer ersten Schicht 22, einer zweiten Schicht 24 und einer dritten Schicht 26 gebildet. Die erste Schicht 22 und die dritte Schicht 26 umgeben das Heizelement 14 in der Längsschnittdarstellung der Figur 1 sandwichartig. Es versteht sich jedoch, dass das Heizelement 14 tatsächlich so zwischen der ersten Schicht 22 und der dritten Schicht 26 integriert ist, dass das Heizelement 14 allseitig von der ersten Schicht 22 und der dritten Schicht 26 umgeben ist. An der dem Heizelement 14 abgewandten Seite der dritten Schicht 26 kann ein Temperatursensor 28 angeordnet sein. Die erste Schicht 22 weist ferner eine Aussparung 30 auf, in der der Chip 18 angeordnet ist. Das Heizelement 14 und der Chip 18 müssen nicht notwendig in derselben keramischen Schicht 22 des Schichtaufbaus 20 angeordnet sein. Wie den Darstellungen der Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, ist der Chip 18 im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Beispielsweise weist der Chip 18 eine Dicke von 500 μηη bis 800 μηη, bevorzugt von 550 μηη bis 750 μηη und noch bevorzugter von 600 μηη bis 700 μηη auf, wie beispielsweise 675 μηη. Die Dicke des Chips 18 ist eine Abmessung parallel zu einer Richtung der Anordnungen der Schichten 22, 24, 26 und verläuft in der Darstellung der Figur 1 von oben nach unten bzw. umgekehrt. Der Chip 18 kann eine Breite von 2 mm bis 4 mm, bevorzugt von 2,5 mm bis 3,5 und noch bevorzugter von 2,75 mm bis 3,25 mm aufweisen, wie beispielsweise 3,0 mm. Die Breite des Chips 18 ist eine Abmessung parallel zu den Schichten 22, 24, 26 und senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung des Sensors 10. In der Darstellung der Figur 1 verläuft die Breite senkrecht zur
Zeichenebene und in der später beschriebenen Darstellung der Figur 4 verläuft die Breite von oben nach unten bzw. umgekehrt.
Auf einer Oberfläche 32 des Chips 18, auf der die Messelektroden 16 angeordnet sind, kann eine dünne Oxidschicht 33 mit einer Dicke von beispielsweise 2,5 μηη angeordnet sein. Die Oxidschicht 33 dient der zuverlässigen elektrischen Isolierung der
Messelektroden 16 und besteht im Fall von Silizium als Substratmaterial für den Chip 18 aus Siliziumdioxid, das als sogenanntes thermisches Oxid bei hoher Temperatur von ungefähr 1000 °C zeitgesteuert zu einer Dicke von bis zu 5 μηη aufwächst Die
Messelektroden 16 können beispielsweise kreisförmig und/oder sternförmig auf dem Chip 18 angeordnet sein. Die Messelektroden 16 können eine Dicke von beispielsweise 150 nm aufweisen. Beispielsweise sind die Messelektroden 16 mittels eines
Dünnschichtverfahrens aufgesputtert und fotolithografisch auf der Oberfläche 32 strukturiert. Beispielsweise liegen die Messelektroden 16 als Platindünnschicht vor. Gezeigt ist in Figur 2 beispielsweise ein sternförmiger Aufbau der Messelektroden 16. Alternativ ist ein stabförmiger Aufbau der Messelektroden 16 möglich, wobei der sternförmige Aufbau bevorzugt wird für Staupunktanströmungen der Oberfläche 32 und des Sensors 10, da sie ein Potenzial für schnellere Ansprechzeiten und höhere
Empfindlichkeit haben. Es versteht sich jedoch, dass eine lineare Anordnung bzw. ein kammförmiges Ineinandergreifen der Messelektroden 16 möglich ist. Eine derartige Struktur eignet sich beispielsweise für eine Längsanströmung des Sensors 10.
Unter Rückbezug auf Figur 1 ist gezeigt, dass die zweite Schicht 24 die Oberfläche 32 des Chips 18 teilweise bedeckt. Beispielsweise kann die zweite Schicht 24 die Oberfläche 32 teilweise so bedecken, dass ein kreisförmiger Bereich 34 der Oberfläche 32 freiliegt, wie beispielsweise in Figur 4 gezeigt ist. Der Bereich 34 kann alternativ oval, rechteckig oder polygonal ausgebildet sein. Innerhalb des freiliegenden Bereichs 34 sind die
Messelektroden 16 angeordnet. Ferner kann die zweite Schicht 24 zu der Oberfläche 32 hin abgerundet ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer abgerundeten Stufe 36. Ferner weist die zweite Schicht 24 an ihrer Unterseite 38, d. h. diejenige Seite, die der ersten Schicht 22 zugewandt ist, zwei Leiterbahnen 40 zur elektrischen Kontaktierung der Messelektroden 16 auf. Wie in Figuren 1 und 2 angedeutet ist, bedecken die Leiterbahnen 40 die Oberfläche 32 des Chips 18 so teilweise, dass sie mit den Messelektroden 16 elektrisch kontaktiert werden können.
Das keramische Substrat 12 und insbesondere die zweite Schicht 24 fixieren den Chip 18 in der Aussparung 30. Der Chip 18 berührt dabei mit einer den Messelektroden 16 bzw. der Oberfläche 32 gegenüberliegenden Oberfläche 42, die eine Unterseite des Chips 18 darstellt, das Heizelement 14, so dass eine von dem Heizelement 14 eingebrachte
Heizleistung unmittelbar in den Chip 18 und zu den Messelektroden 16 gelangen kann.
Der gesamte Sensor 10 ist beispielsweise 1 mm dick, 4 mm breit und 60 mm lang, wobei eine Länge oder Längserstreckungsrichtung des Sensors eine Abmessung von links nach rechts und umgekehrt in der Darstellung der Figur 1 ist. Die Messelektroden16, das
Heizelement 14 und der Temperatursensor 28 weisen zusammen eine Dicke von 10 μηη bis 20 μηη auf, wie beispielsweise 15 μηη. Der Chip 18 kann separat von den übrigen Bauteilen des Sensors 10, wie beispielsweise die Schichten 22, 24, 26, das Heizelement 14, der Temperatursensor 28 usw. hergestellt werden. Die Messelektroden 16 können beispielsweise auf dem Chip 18 separat gefertigt werden, d.h. bevor der Chip 18 in die Aussparung 30 eingesetzt wird. Es ist jedoch ebenso möglich, die Messelektroden 16 nach dem Einsetzen des Chips 18 herzustellen. Beispielsweise werden die Messelektroden 16 in Form der oben genannten Platindünnschicht mit einer Schichtdicke von 150 nm aufgebracht. Der so vorbereitete Chip 18 kann dann in die Aussparung 30 des Substrats 12 eingelegt werden. Die zweite Schicht 24 dient beispielsweise als Deckfolie, um den Chip 18 zu fixieren. Andererseits sind auf der Unterseite der zweiten Schicht 24 die Leiterbahnen 40 zur elektrischen Kontaktierung der Messelektroden 16 angebracht. Die Leiterbahnen 40 sowie die Kontaktflächen der Messelektroden 16 auf der Oberfläche 32 des Chips 18 werden so dimensioniert, dass unter Berücksichtigung aller Toleranzen, wie beispielsweise Spielpassung der Aussparung 30 für den Chip 18, eine gegenseitige Überdeckung unter allen Bedingungen garantiert ist.
Die erste Schicht 22 weist wiederum die Aussparung 30 auf, die vorteilhafterweise an die Kontur des Chips 18 angepasst ist und einen ausreichenden Überlappbereich mit dem Siliziumchip 18 sicherstellt. Dadurch kann dieser nach Montage und abschließender Sinterung zuverlässig fixiert werden. Insbesondere wird bei angepasster Dicke der ersten Schicht 22 erreicht, dass die Schrumpfung des Keramiksubstrats 12 beim Sintern dazu führt, dass eine gewollte Vorspannung und damit eine gute Kontaktierung des Chips 18 und der Messelektroden 16 erreicht wird. Der Chip 18 liegt, wie oben erwähnt, mit seiner Unterseite direkt auf dem Heizelement 14, so dass es zu keinen nennenswerten Verlusten beim Übergang der Heizleistung kommt. Die Ausbildung der abgerundeten Stufe 36 kann bevorzugt werden, da hier eine Strömung radial von innen nach außen ungestört entlang der Messelektroden 16 verläuft, während bei einer Längsanströmung die stromaufwärts gelegene Stufe eine Störung darstellt, die sich unter Umständen auf das Sensorsignal auswirkt.
Der Sensor 10 kann ferner ein nicht gezeigtes Gehäuse umfassen, das den in Figur 1 dargestellten Aufbau umgibt und aus Gründen der Vereinfachung der Erläuterung des Aufbaus des Sensors 10 in Figur 1 nicht gezeigt ist. Beispielsweise kann das Gehäuse als Fanghülse ausgebildet sein, die in einem oberhalb der Messelektroden 16 liegenden Bereich mit einer Öffnung versehen ist und zur Beruhigung eines in dem Abgasstrang strömenden Gasstroms dient, so dass sich Rußpartikel bzw. sonstige in dem Gasstrom enthaltene Teilchen bevorzugt im Bereich der Messelektroden 16 ablagern.
Der in Figur 1 dargestellte Sensor 10 kann wie folgt arbeiten: Wenn sich auf der
Oberfläche 32 des Chips 18 Rußpartikel bzw. sonstige elektrisch leitenden Teilchen ablagern, so reduziert sich ein elektrischer Widerstand zwischen den beiden Messelektroden 16. Die sich unter Einwirkung einer elektrischen Messspannung anlagernden Teilchen, insbesondere Rußpartikel, schließen die kammartig ineinander greifenden Messelektroden kurz und zwischen den Messelektroden 16 wird ein
abnehmender Widerstand bzw. ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung messbar. Dies kann durch eine Strom-Spannungsmessung festgestellt werden. Beispielsweise ergibt sich durch Messung einer Impedanz zwischen den beiden
Messelektroden 16 ein für ein so genanntes RC-Glied typisches Verhalten. Dies bedeutet, dass die Ruß- bzw. Teilchenkonzentration in dem betreffenden Abgas anhand der zeitlichen Änderung des Widerstandsanteils des RC-Gliedes bestimmt werden kann.
Zur Regeneration des Sensors 10 können die angelagerten Teilchen nach gewisser Zeit mittels des in dem Keramiksubstrat 12 integrierten Heizelements 14 abgebrannt werden. Bei funktionstüchtigem Sensor 10 sollte nach diesem so genannten Ausheizen der Widerstand zwischen den Messelektroden 16 deutlich ansteigen und bevorzugt gegen Unendlich gehen.

Claims

Ansprüche 1 . Sensor (10) zur Detektion von Teilchen, insbesondere von Rußpartikeln, wobei der Sensor (10) mindestens zwei Messelektroden (16) und ein Heizelement (14) umfasst, wobei die Messelektroden (16) auf einem Chip (18) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet sind, wobei der Sensor (10) ferner ein keramisches Substrat (12) umfasst, auf dem das Heizelement (14) angeordnet ist, wobei der Chip (18) mit dem keramischen Substrat (12) verbunden ist.
Sensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das keramische Substrat (12) eine Aussparung (30) aufweist, wobei der Chip (18) in der Aussparung (30) angeordnet ist.
Sensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das keramische Substrat (12) so ausgebildet ist, dass das keramische Substrat (12) den Chip (18) in der Aussparung (30) fixiert.
Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messelektroden (16) über das keramische Substrat (12) elektrisch kontaktierbar sind, insbesondere über mindestens zwei Leiterbahnen (40) auf dem keramischen Substrat (12).
Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messelektroden (16) ineinandergreifend ausgebildet sind.
Sensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Messelektroden (16) kreisförmig und/oder sternförmig auf dem Chip (18) angeordnet sind.
Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das keramische Substrat (12) eine Oberfläche (32) des Chips (18), auf der die Messelektroden (16) angeordnet sind, teilweise bedeckt.
Sensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das keramische Substrat (12) den Chip (18) so bedeckt, dass ein kreisförmiger, ovaler, rechteckiger oder polygonaler Bereich (34) der Oberfläche (32) des Chips (18) freiliegt, wobei die Messelektroden (16) innerhalb des kreisförmigen Bereichs (34) angeordnet sind.
9. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das keramische Substrat (12) einen Schichtaufbau (20) umfasst.
10. Sensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schichtaufbau
zumindest eine erste Schicht (22), auf der das Heizelement (14) angeordnet ist, und mindestens eine zweite Schicht (24) umfasst, wobei die zweite Schicht (24) so angeordnet ist, dass sie eine Oberfläche (32) des Chips (18), auf der die
Messelektroden (16) angeordnet sind, teilweise bedeckt.
1 1 . Sensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Schicht (24) Leiterbahnen (40) zum elektrischen Kontaktieren der Messelektroden (16) aufweist.
12. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das keramische Substrat (12) zu einer Oberfläche (32) des Chips (18), auf der die Messelektroden (16) angeordnet sind, hin abgerundet ausgebildet ist.
13. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Chip (18) das Heizelement (14) berührt.
14. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Chip (18)
zumindest teilweise aus einem anorganischen Halbleitermaterial hergestellt ist.
PCT/EP2013/067769 2012-09-26 2013-08-28 Sensor zur detektion von teilchen WO2014048660A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/429,142 US9933352B2 (en) 2012-09-26 2013-08-28 Sensor for detecting particles
CN201380050250.XA CN104685340B (zh) 2012-09-26 2013-08-28 用于探测微粒的传感器
EP13753629.8A EP2901134A1 (de) 2012-09-26 2013-08-28 Sensor zur detektion von teilchen
KR1020157007528A KR20150058252A (ko) 2012-09-26 2013-08-28 입자 검출용 센서

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012217428.1A DE102012217428A1 (de) 2012-09-26 2012-09-26 Sensor zur Detektion von Teilchen
DE102012217428.1 2012-09-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014048660A1 true WO2014048660A1 (de) 2014-04-03

Family

ID=49080874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/067769 WO2014048660A1 (de) 2012-09-26 2013-08-28 Sensor zur detektion von teilchen

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9933352B2 (de)
EP (1) EP2901134A1 (de)
KR (1) KR20150058252A (de)
CN (1) CN104685340B (de)
DE (1) DE102012217428A1 (de)
WO (1) WO2014048660A1 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014212858A1 (de) * 2014-07-02 2016-01-07 Robert Bosch Gmbh Sensor zur Detektion von Teilchen
US9841357B2 (en) * 2015-12-11 2017-12-12 Ford Global Technologies, Llc System for sensing particulate matter
US10626776B2 (en) 2016-10-10 2020-04-21 Ford Global Technologies, Llc Method and system for exhaust particulate matter sensing
KR102317407B1 (ko) 2017-01-12 2021-10-25 현대자동차주식회사 입자상 물질 감지 장치 및 방법
JP6977366B2 (ja) 2017-07-27 2021-12-08 株式会社デンソー 粒子状物質検出センサ
JPWO2019049566A1 (ja) * 2017-09-06 2020-10-29 日本碍子株式会社 微粒子検出素子及び微粒子検出器
KR102394808B1 (ko) * 2017-12-22 2022-05-04 현대자동차주식회사 입자상 물질 센서
CN110514565A (zh) * 2019-08-26 2019-11-29 深圳顺络电子股份有限公司 一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片及其制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004097392A1 (de) * 2003-05-02 2004-11-11 Robert Bosch Gmbh Sensor zur detektion von teilchen
DE102006002111A1 (de) 2005-01-21 2006-08-03 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für Partikelsensoren und Verfahren zum Betrieb desselben
DE102006048354A1 (de) * 2006-10-12 2008-04-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Bestandteilen eines Gasgemisches

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4313338A (en) * 1978-08-18 1982-02-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Gas sensing device
US5440189A (en) * 1991-09-30 1995-08-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Surface acoustic wave device
DE19916921A1 (de) * 1999-04-14 2000-10-19 Fraunhofer Ges Forschung Elektrisches Sensorarray
US6848773B1 (en) * 2000-09-15 2005-02-01 Spectra, Inc. Piezoelectric ink jet printing module
DE102005030134A1 (de) * 2005-06-28 2007-01-04 Siemens Ag Sensor und Betriebsverfahren zur Detektion von Ruß
DE102005053120A1 (de) * 2005-11-08 2007-05-10 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für Gassensoren und Verfahren zum Betrieb desselben
DE102006032741B4 (de) * 2006-07-14 2023-02-02 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für einen Partikelsensor
US20080092745A1 (en) * 2006-10-18 2008-04-24 Hung-Ta Tsao Air filter with automatic power control device in response to air quality
DE102007022590A1 (de) * 2007-05-14 2008-11-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines stromabwärts nach einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US7609068B2 (en) * 2007-10-04 2009-10-27 Delphi Technologies, Inc. System and method for particulate sensor diagnostic
DE102008007664A1 (de) * 2008-02-06 2009-08-13 Robert Bosch Gmbh Keramisches Heizelement
DE102008042139A1 (de) * 2008-09-16 2010-03-18 Robert Bosch Gmbh Abgastaugliche Schutzschichten für Hochtemperatur ChemFET Abgassensoren
JP5288472B2 (ja) * 2009-03-12 2013-09-11 日本碍子株式会社 粒子状物質検出装置
JP5427552B2 (ja) * 2009-10-30 2014-02-26 株式会社ジャパンディスプレイ 液晶表示装置
DE102009058260A1 (de) * 2009-12-14 2011-06-16 Continental Automotive Gmbh Rußsensor
DE102010038758A1 (de) * 2010-08-02 2012-02-02 Robert Bosch Gmbh Partikelsensor
DE102010044308A1 (de) * 2010-09-03 2012-03-08 Continental Automotive Gmbh Sensorelement für einen Partikelsensor
DE102011002936A1 (de) * 2011-01-20 2012-07-26 Ford Global Technologies, Llc Partikelsensor, Abgassystem und Verfahren zum Bestimmen von Partikeln im Abgas
CN102279210B (zh) * 2011-07-29 2013-02-20 吉林大学 纳米纤维和粒子粘附层的双敏感层气体传感器及制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004097392A1 (de) * 2003-05-02 2004-11-11 Robert Bosch Gmbh Sensor zur detektion von teilchen
DE102006002111A1 (de) 2005-01-21 2006-08-03 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für Partikelsensoren und Verfahren zum Betrieb desselben
DE102006048354A1 (de) * 2006-10-12 2008-04-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Bestandteilen eines Gasgemisches

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2901134A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150058252A (ko) 2015-05-28
CN104685340B (zh) 2018-07-13
CN104685340A (zh) 2015-06-03
US20150253233A1 (en) 2015-09-10
EP2901134A1 (de) 2015-08-05
US9933352B2 (en) 2018-04-03
DE102012217428A1 (de) 2014-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014048660A1 (de) Sensor zur detektion von teilchen
EP1925926B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit bzw. zur Plausibilisierung eines auf einem Elektrodensystem basierenden Sensors
WO2008113644A2 (de) Sensorelement zur bestimmung von partikeln in einem messgas
DE102011085421A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erfassen von in einem zu messenden gas enthaltenen partikeln
WO2006027288A1 (de) Sensorelement für partikelsensoren und verfahren zum betrieb desselben
DE102007021913A1 (de) Verfahren und Sensor zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom sowie deren Verwendung
WO2006077197A1 (de) Sensorelement für partikelsensoren und verfahren zum betrieb desselben
WO2005124326A1 (de) Verfahren, partikelsensor und partikelsensorsystem zur messung von partikeln
WO2006103272A1 (de) Sensorelement für partikelsensoren und verfahren zum betrieb desselben
WO2012085035A1 (de) Verfahren zum betreiben eines russsensors
EP2145177A1 (de) Sensor und verfahren zur detektion von teilchen in einem gasstrom
EP2171437B1 (de) Sensorelement zur detektion von leitfähigen partikeln in einem gasstrom sowie verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung
DE102019115156A1 (de) Abgasfeinstaubsensor
DE102006002111A1 (de) Sensorelement für Partikelsensoren und Verfahren zum Betrieb desselben
DE102008004210A1 (de) Verfahren zur Temperaturmessung
DE102007031767A1 (de) Beheizbarer Abgassensor mit verbesserter Erkennung von Wasser an einer Oberfläche des Abgassensors
WO2008028715A1 (de) Sensor zur detektion von teilchen umfassend eine prüfvorrichtung zur überprüfung der beschaffenheit einer isolierenden schicht
DE102008041809A1 (de) Partikelsensor, Verfahren zu dessen Betrieb und Herstellung
EP1873511A2 (de) Anordnung aus einem partikelfilter und einem sensor zur resistiven bestimmung von konzentrationen leitfähiger partikel in gasen
WO2018114094A1 (de) Sensor zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines messgases
DE102016220835A1 (de) Sensorelement zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum
EP3140632B1 (de) Sensor zur detektion von teilchen
WO2015022167A1 (de) Kapazitive eigendiagnose des elektrodensystems eines partikelsensors
DE102013206092A1 (de) Verfahren zur Auswertung der Messwerte eines Rußsensors
DE102017207781A1 (de) Sensorelement zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13753629

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013753629

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14429142

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20157007528

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A